Chercheurs, gardiens: les robots de recherche et de sauvetage évoluent

Marchant sur les ruines de la ville de montagne italienne d’Amatrice après le violent tremblement de terre de 2016, le Dr Ivana Kruiff-Korbayova a repéré une petite chaussure rouge.  » Presque rien n’était resté debout « , se souvient-elle. « Et au coin de la rue, il y avait des raisins et des tomates qui mûrissaient dans un petit jardin – mais est-ce qu’il restait quelqu’un pour les récolter? »

En tant que responsable du groupe des robots parlants au DFKI, le Centre de recherche allemand sur l’Intelligence artificielle, elle avait été appelée à court terme pour utiliser sa technologie de robot expérimental pour aider à la suite du tremblement de terre qui a dévasté une ligne de villes et de villages perchés dans le centre de l’Italie, tuant 295 personnes et laissant 4 000 sans-abri. Amatrice, « le genre de village pittoresque où vous alliez en vacances », a été le plus touché, et la moitié des bâtiments historiques de la ville se sont effondrés. Des routes entières à travers les collines italiennes étaient tombées et les rues étaient méconnaissables.

Kruiff-Korbayova et ses collègues chercheurs ont commencé à travailler avec les pompiers italiens une semaine après le séisme, « alors que l’espoir de retrouver d’autres survivants était parti », et que les services d’urgence avaient désespérément besoin de savoir quelles structures étaient sûres. Deux églises médiévales étaient branlantes mais toujours debout au milieu des décombres, et l’équipe travaillant sur le projet TRADR soutenu par l’UE (pour robot-assisted disaster response) a voyagé de toute l’Europe pour aider. Lorsque les bâtiments sont endommagés, ils peuvent s’effondrer de différentes manières, se renverser latéralement ou à plat – et une reconnaissance détaillée aide les experts à établir un plan.

Entrer n’a pas été facile, mais les robots au sol de l’équipe ont pu traverser les décombres pour entrer dans l’église à l’abri de la vue de leur opérateur et se promener à l’intérieur, prenant des images, que l’équipe a utilisées pour construire des modèles 3D détaillés des bâtiments existants. « Ils ont été lourdement endommagés, les murs fissurés, le plafond effondré et la poussière et les gravats partout. »

Des drones ont complété l’image avec un flux en direct des robots au sol et d’un autre drone entrant dans l’église. « Nous n’avions jamais fait cela auparavant », explique Kruiff-Korbayova. « Nous avions utilisé plusieurs robots simultanément, mais jamais dans une collaboration d’équipe aussi étroite – ce fut un succès incroyable. »

Chaque année, les catastrophes naturelles tuent quelque 90 000 personnes et touchent près de 160 millions de personnes dans le monde. Après une catastrophe, les équipes de recherche et de sauvetage savent qu’il est essentiel de retrouver des survivants le plus tôt possible – plus le délai est long, plus les vies sont perdues.

« Si vous croyez que vous pouvez sauver des vies, vous prendrez plus de risques », explique Andy Elliott, consultant en incendie privé. Après un incendie, les bâtiments sont fragiles, endommagés par l’eau et susceptibles de s’effondrer. Il peut y avoir du gaz et de l’électricité sous tension à l’intérieur, ou des matières dangereuses telles que l’acétylène dans des espaces confinés.  » Vous avez besoin d’évaluations précises des risques « , dit-il. « Les bâtiments endommagés sont des endroits dangereux. »

De nombreux services d’incendie britanniques utilisent déjà des drones pour suivre les événements, explique Elliott. Les drones relaient également l’impact des catastrophes naturelles – en août dernier, des images aériennes ont montré la dévastation des Bahamas après l’ouragan Dorian.

En avril 2019, des drones équipés de caméras ont relayé des détails en temps réel sur les flammes qui se sont abattues sur la cathédrale Notre-Dame de Paris – avec des informations cruciales sur l’intensité de l’incendie et sa propagation. Un robot télécommandé appelé Colossus a pulvérisé de l’eau à l’intérieur de la structure gothique, épargnant aux pompiers le risque de faire tomber des bois. Se déplaçant à une vitesse maximale de 1 m / s, le robot, fabriqué par Shark Robotics, transportait une caméra avec vision haute définition complète et imagerie thermique et un canon à eau motorisé.

Amener des robots dans une zone sinistrée pour fouiller sur le sol n’est pas un mince exploit. Lorsque vous êtes un robot, le monde est plein d’obstacles.

Les drones sont fréquemment utilisés par les services d’urgence, mais ont du mal à voler dans des espaces confinés, ne peuvent pas transporter beaucoup et sont limités par la durée de vie de la batterie. Les robots terrestres se battent avec des escaliers, des décombres et des ouvertures de portes.

« Les serpents robots sont un moyen de résoudre le problème des espaces étroits », explique le Dr Emma Rushforth, directrice de la robotique mobile Warwick à l’Université de Warwick, « mais ils sont incroyablement complexes à créer. »

Ses étudiants en robotique connaissent bien les dangers des zones sinistrées et perfectionnent un robot à chenilles équipé d’un bras robotique, dans le but de trouver des survivants au milieu des décombres des zones sinistrées. Leur robot peut gravir les trottoirs et les escaliers et se déplacer dans la boue. Ses concepteurs testeront ses prouesses lors de la Ligue de sauvetage RoboCup – un événement international de robotique où les robots de recherche et de sauvetage s’attaquent à des scénarios difficiles. « D’année en année, nous essayons de nous améliorer, mais les difficultés sont immenses. »

Il est difficile de conduire quelque chose que vous ne pouvez pas voir; « ce n’est pas comme un jouet de Noël », explique Rushforth. Les opérateurs s’appuient sur des visuels relayés par le robot, ce qui nécessite un signal raisonnable – ce qui n’est pas toujours possible à travers des gravats épais ou sous terre. « Vous repoussez les limites de la durée de vie de la batterie et de la capacité mécanique – le simple fait d’alimenter le calcul nécessaire pour effectuer les tâches autonomes intelligentes est un défi », explique-t-elle.

Alors que des robots se sont aventurés dans la pellicule au sein de la centrale japonaise en ruine de Fukushima Daiichi, endommagée par le tsunami de 2011, les radiations nuisent au signal. Mais tirer un câble de communication à travers une zone sinistrée est également difficile, dit-elle. Les progrès des batteries, des moteurs et des matériaux aideront à affiner les robots de recherche et de sauvetage pour les rendre éventuellement adaptés à leur usage.

Cependant, certains des plus gros problèmes surviennent lorsque les robots rencontrent de l’eau. Le professeur Auke Ijspeert en est bien conscient. Il dirige le laboratoire de biorobotique de l’EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) en Suisse et est expert en neurosciences computationnelles et en apprentissage automatique.

Depuis huit ans, Ijspeert et ses collègues construisent un robot amphibie inspiré du monde naturel. Et après avoir étudié la démarche de marche et le mouvement de nage d’une salamandre, son équipe a créé des algorithmes qui imitent la nature sous forme de robot, en les utilisant pour concevoir le « pleurobot » – une création segmentée incroyablement complexe avec « un petit micro-contrôle dans chaque segment pour qu’il n’y ait pas de point d’échec unique », explique Ijspeert.  » C’est très robuste. »Et pleurobot marche et nage étrangement comme la vraie chose – même si cela nécessite une combinaison sèche sur mesure. « Le rendre étanche, étanche à la poussière et robuste est un défi, tout comme trouver le bon compromis entre la taille et le poids. »

Ijspeert accompagne régulièrement les équipes suisses de recherche et de sauvetage sur leurs terrains d’entraînement réalistes, avec des bâtiments en ruine, pour essayer de comprendre ce dont les équipes d’urgence ont besoin dans le feu de l’action. « Nous ne voulons pas remplacer une équipe de secours, mais la compléter lorsqu’elle est trop dangereuse pour les humains ou les chiens », dit-il.

Les robots peuvent collecter des données pour construire des cartes 3D détaillées, utiliser des caméras infrarouges pour rechercher des survivants, voire des liaisons de transport pour une communication bidirectionnelle. « Nos robots ont une capacité de charge utile pour transporter de l’eau et des médicaments », explique Ijspeert.

Alors que le pleurobot est plutôt une entreprise académique, certains collègues d’Ijspeert en robotique au Laboratoire des Systèmes Intelligents de l’EPFL s’affairent à développer des applications pratiques.

‘ À l’avenir, nous voulons aider une équipe de secours à être plus rapide, plus sûre et plus efficace – potentiellement avec une flotte de robots pour explorer beaucoup de choses à la fois.’

Comme tout professionnel de la recherche et du sauvetage vous le dira, les gravats et les contraintes serrées entravent la recherche de survivants. Inspirés par les oiseaux qui se faufilent à travers des interstices étroits en repliant leurs ailes, les roboticiens de l’EPFL et de l’Université de Zurich ont construit un drone « pliable » – un quadrirotor qui peut changer de forme pour passer à travers des menton étroits. Cela lui permet de manœuvrer dans des espaces confinés. Quatre bras, équipés de quatre hélices, peuvent se déplacer indépendamment, et un système de contrôle ajuste la poussée lorsque le centre de gravité se déplace pour que le drone reste stable. À l’avenir, l’équipe espère qu’il sera encore plus adaptable et doté d’une autonomie suffisante pour répondre aux instructions telles que « entrez dans ce bâtiment, inspectez chaque pièce, puis revenez ».

Former les équipes de secours à l’utilisation de drones est un casse–tête supplémentaire pour les services, et les scientifiques de l’EPFL étudient la viabilité d’une combinaison haptique – une « veste anti-mouches » – qui permettrait à un opérateur de « piloter » physiquement le drone avec des mouvements du corps et des bras roulants, avec des lunettes accrochées à une caméra embarquée, laissant les mains libres pour identifier les zones d’intérêt, éventuellement à l’aide de gants de données.

Une autre idée brillante des laboratoires suisses est celle des petits drones capables de déplacer des objets plus de 40 fois leur poids, à l’aide de treuils et d’une technologie de préhension inspirée des geckos et des pieds d’insectes. En travaillant ensemble, ces micro-robots tireurs pourraient utiliser une poignée de porte pour ouvrir une porte. Ou un drone inspiré des ailes d’insectes – construit pour rester rigide en vol, mais capable de fléchir en cas de collision, limitant ainsi les dommages.

Certaines conceptions sont expérimentales sans vergogne, dit Ijspeert, mais elles abordent des questions importantes, telles que l’autonomie à donner à une flotte de robots volants, la conscience de la situation dont ils ont besoin et la meilleure interaction d’un humain avec eux, ainsi que la façon de faire face à un sous-sol inondé ou à un sol effondré.

« À l’avenir, nous voulons aider une équipe de secours à être plus rapide, plus sûre et plus efficace – potentiellement avec une flotte de robots pour explorer beaucoup de choses à la fois. »

Alors que les robots atteignent des endroits que les humains ne peuvent pas atteindre, ils ne sont pas encore à la hauteur des chiens de sauvetage. « La science a un long chemin à parcourir pour rattraper son retard », explique Robin Furniss, maître-chien d’incendie et de sauvetage du Hampshire, dont les chiens ont été emmenés au travail au milieu des tremblements de terre népalais et japonais. « Les pompiers disposent d’une technologie de secours massive, mais les chiens restent le premier appel préféré. »Ses chiens ont été utilisés pour renifler les survivants lorsque la centrale désaffectée de Didcot s’est effondrée en 2016, et autour des falaises tombées dans le Dorset en 2012, et bien d’autres incidents.

« Les chiens peuvent rechercher en quelques minutes ce qui prendrait des jours à une équipe de pompiers », dit-il. « Leur odorat est phénoménal – ils peuvent détecter une demi-cuillère à café de sucre dissous dans une piscine olympique. »Les scientifiques commencent à expérimenter l’utilisation de chiens pour transporter des robots sur un site sinistré – Furniss a équipé ses chiens d’émetteurs pour transmettre des signaux en direct, bien que la transmission à travers les décombres soit problématique.

Ayant vu les services d’urgence en action, Ijspeert et ses collègues sont optimistes, mais réalistes. « Dans la communauté de la robotique, nous pouvons être assez naïfs. Et nous devons être humbles face aux choses incroyables accomplies par la communauté des sauveteurs – nous les aiderons, mais nous ne les remplacerons jamais. »