Le Cobot, la coopération entre l’utilisateur et la machine

En juin 1998, dans la ville de León en Espagne, s’est tenu le premier tournoi de « Advanced Chess » qui a vu s’affronter deux grands maîtres, le Russe Garry Kasparov et le Bulgare Veselin Topalov et, chose inédite au niveau compétitif, chacun était assisté d’un programme informatique, Fritz 5 pour Kasparov et ChessBase 7.0 pour Topalov. L’idée d’associer le savoir-faire stratégique de l’humain et la puissance de calcul algorithmique de la machine avait germé dans le cerveau du Russe deux ans plus tôt suite à sa célèbre défaite dans la première partie de son match l’opposant au supercalculateur d’IBM Deep Blue en 19961. L’intuition de Kasparov était que la collaboration humain-machine dépasserait largement la simple addition des performances de l’Homme et de l’ordinateur. Plusieurs tournois d’Advanced Chess se déroulèrent les années suivantes et, aujourd’hui encore, des compétitions en ligne sont organisées dans lesquelles les joueurs, constitués d’un couple humain-programme, sont désignés par le pseudonyme de « Centaures », renvoyant à l’hybridité de la figure mythologique mi-homme, mi-cheval.

Depuis le milieu des années 1990, la volonté d’associer humain et robot dans le milieu industriel a donné naissance à une nouvelle branche de la robotique, la cobotique, néologisme pour « robotique collaborative ». Le principe est de combiner la force et la précision du robot avec la dextérité et l’expérience de l’humain pour accomplir des tâches difficiles, pénibles, répétitives ou pour manipuler des objets trop lourds, trop petits ou trop dangereux pour des opérateurs humains.

À l’origine : la cobotique industrielle

Les premiers cobots ont été développés pour les chaînes d’assemblage de l’industrie automobile. Le terme lui-même apparaît pour la première fois sous la plume de deux professeurs associés de l’Université de Northwestern (Illinois, USA), Michael Peshkin et Edward Colgate (Peshkin & Colgate, 1996 ; 1999) dont les recherches étaient co-financées par la National Science Foundation et la General Motors Foundation. Ils ont ainsi mis au point des systèmes de portage, qu’ils appelèrent cobots, pour des pièces encombrantes et lourdes mais nécessitant précision et dextérité dans leur manipulation, telles des portes de voitures, des pare-brise, des sièges, etc. Le principe consistait, grâce à des roues à l’orientation programmable, à créer des « surfaces virtuelles » qui bloquaient le déplacement du cobot dans une direction et permettaient donc à l’opérateur de « glisser » la charge le long de ces surfaces, donc d’assurer un alignement parfait avec la cible. Pour reprendre l’analogie proposée par les deux auteurs, cela reviendrait à utiliser une règle (virtuelle, dans ce cas) pour tracer un trait parfaitement droit. Les deux scientifiques avaient remarqué que, si les robots traditionnels pouvaient, en principe, remplir le même rôle, leur fonctionnement reposant sur des servomoteurs commandés ne permettait pas, en pratique, d’atteindre la même précision. De plus, l’usage de moteurs suffisamment puissants pour contrebalancer la force de poussée d’un opérateur posait nécessairement des problèmes de sécurité. Le principe de fonctionnement du système qu’ils avaient développé, en revanche, consistait simplement à limiter les degrés de liberté du mouvement, donc ne nécessitait pas d’exercer une force inverse à celle imprimée par l’humain.

À partir de ce premier modèle, très simple, de coopération homme-machine, le champ de la cobotique s’est progressivement étendu et les cobots ont quitté peu à peu les usines pour investir d’autres domaines d’application. On observe ainsi, par exemple, l’émergence d’une cobotique relationnelle dans laquelle un cobot retranscrit à distance et en temps réel les mouvements, les attitudes et, parfois, jusqu’aux expressions d’un humain avec lequel est en communication une autre personne, rendant ainsi l’illusion de la présence de l’interlocuteur. Le célèbre robot anthropomorphe Nao, de la firme française Aldebaran Robotics, peut notamment être employé en tant que cobot communicationnel. Les cobots investissent également le domaine médical avec le développement spectaculaire de la chirurgie à distance. Le praticien manipule, via une interface haptique, un ou plusieurs bras articulés munis d’outils chirurgicaux et/ou de caméras endoscopiques qui lui permettent de mener à bien une opération sans même toucher le patient, donc sans problème d’asepsie et avec une très grande précision. Les exosquelettes sont également une forme particulière de cobots, directement portés par l’opérateur. Ils peuvent être utilisés soit pour augmenter la force de l’humain, tel l’exosquelette récemment déployé par l’entreprise coréenne Daewoo sur ses chantiers navals (voir par exemple Hodson, 2014), soit à des fins de suppléance pour les personnes handicapées, comme le système ReWalk qui a reçu en juin dernier l’agrément de mise sur le marché de la Food and Drug Administration américaine, ou encore pour soulager et assister l’opérateur lorsqu’il doit effectuer des gestes difficiles ou répétitifs.

Le cobot : collaborateur ou esclave ?

Qu’est-ce qui différencie fondamentalement un cobot d’un robot ? Le premier pivot conceptuel est celui de l’autonomie : le robot est autonome, le cobot ne l’est pas. Il est d’ailleurs frappant de constater, à cet égard, que le cobot est sans doute plus proche encore que le robot du sens étymologique de « robota », terme tchèque signifiant « servitude » et « travaux forcés »2. De fait, la cobotique se caractérise aujourd’hui par « l’interaction réelle, directe ou téléopérée, entre un humain et un système robotique asservi ou pseudo-autonome » (Claverie & al., 2013). Que ce soit en contact direct ou à distance, le cobot a donc essentiellement besoin de l’action d’un opérateur humain pour fonctionner. Dans un article récent, Raja Chatila (Chatila, 2014) donne les cinq « grandes capacités » qui différencient le robot d’une machine entièrement asservie comme le serait, par exemple, une voiture : les trois principales que sont l’action, la perception et la décision et deux autres moins importantes, la communication et l’apprentissage. Si, comme l’écrit l’auteur, les robots peuvent exhiber tout ou partie de ces capacités, et à des degrés plus ou moins élevés, cet ensemble de caractéristiques nous permet tout de même de poser quelques éléments permettant de différencier, d’une part le cobot du robot et, d’autre part, le cobot d’un système complètement piloté par l’humain. Tout d’abord, la capacité de décision peut, a priori, être considérée comme non pertinente dans le cas du cobot, celle-ci étant par essence subordonnée à la volonté de son opérateur. Néanmoins, les cobots peuvent être pseudo-autonomes ou, autrement dit, disposer de capacités de décisions indépendantes de l’humain leur permettant, par exemple, d’empêcher de manière autonome des usages potentiellement dangereux pour eux-mêmes et/ou pour l’opérateur. La capacité d’action du cobot est importante, dans la mesure où il est attendu qu’elle augmente ou supplée l’action humaine. Le contrôle du mouvement qui va permettre l’action est, lui, partagé entre l’opérateur et le cobot (Peshkin & Colgate, 1999). La faculté de perception n’est pas aussi centrale pour le cobot qu’elle peut l’être pour le robot qui, en général, a besoin d’extraire un certain nombre d’informations de son environnement pour y adapter son comportement. Le cobot peut, certes, être équipé de capteurs lui permettant de mesurer certaines variables environnementales, mais seule une partie des résultats de ces mesures sera éventuellement intégrée à la boucle rétroactive régulant le comportement du cobot, l’autre partie étant transmise à l’opérateur qui décidera de la réaction appropriée. La fonction d’apprentissage du cobot diffère a priori de celle du robot. Pour ce dernier, elle peut être définie comme la capacité du robot à modifier son état interne, son programme, en fonction de son expérience antérieure, en général en vue de la réalisation d’un objectif fixé à l’avance (à l’exception notable des systèmes reposant sur des algorithmiques de curiosité et développés, entre autres, par l’Inria3). Le cobot doit pouvoir s’adapter de la manière aussi fine que possible à la singularité de son opérateur et/ou de la tâche qu’ils ont à accomplir. Ceci est, par exemple, notable dans le cas des exosquelettes, qui doivent pouvoir se conformer aux différentes morphologies des personnes amenées à les porter. L’apprentissage passe donc ici par une « reprogrammation » du cobot, dans ses caractéristiques géométriques et/ou logicielles, par l’humain. Néanmoins, et même s’il n’est à notre connaissance pas mis en œuvre à l’heure actuelle, l’apprentissage du type précédent n’est pas à exclure dans le cadre de la cobotique4. En permettant au cobot et à l’opérateur, littéralement, d’apprendre l’un de l’autre au cours du temps, il ouvrirait la voie à une adaptation plus précise et porterait la collaboration à un nouveau stade.

Le cobot étant amené, par définition, à collaborer avec des humains, sa capacité de communication est, dès lors, tout à fait centrale. Que ce soit par voie visuelle (écrans, voyants lumineux, etc.), auditive (alarmes, signaux sonores, voix enregistrées ou synthétiques, etc.) ou haptique (retour de force, vibrations, etc.), cobots et opérateurs doivent en permanence échanger des informations afin d’assurer une collaboration efficace et continue. Il s’ensuit que le design des cobots est essentiellement centré sur l’utilisateur et, partant, intègre de façon prépondérante les notions de facilité d’utilisation, de convivialité, d’affordance, et, d’une manière générale, privilégie la plus grande transparence dans la communication entre les deux partenaires. Les questions spécifiques à la collaboration homme-machine sont centrales. Ainsi, la détection de l’intention de l’opérateur par le cobot est fondamentale pour générer un processus dont l’action résultante sera conforme à l’action attendue. La notion de partage d’autorité intervient également : qui, de l’humain ou du cobot, prend les décisions et à quel moment du processus? Comment s’assurer que l’opérateur ne se sente pas dépossédé de son expertise par un partenaire machinique trop présent ? Comment créer les conditions d’une véritable coopération ? etc. Le traitement de ces questions suppose une intrication disciplinaire forte entre automatique et informatique d’un côté et sciences humaines et sociales de l’autre dans la conception des cobots, ces dernières prenant d’autant plus le pas que le facteur humain devient prépondérant (Claverie et al., op. cit.) : psychologie, sciences cognitives, sociologie, sciences de la communication, ergonomie, etc.

De l’acceptabilité des cobots

La plupart des articles traitant de cobotique font état d’une acceptabilité sociale des cobots qui serait, censément, supérieure à celle des robots, voire non-problématique. Examinons cette assertion sérieusement.

L’une des clés de la non acceptabilité des robots dans le monde professionnel est, en effet, la crainte de la substitution du travail humain par la machine. Celle-ci repose sur un double fondement. En premier lieu, on trouve l’idée que le robot pourrait effectuer de façon plus efficace, donc plus rentable, le travail effectué par l’Homme, et qu’il serait dès lors avantageux de substituer le second par le premier. Cette thématique du remplacement de l’être humain par une machine qui lui serait supérieure traverse, notamment, toute la science-fiction où interviennent des êtres artificiels, depuis L’Eve Future de Villiers de L’Isle-Adam (1886) jusqu’à la série suédoise 100% Humains (deux saisons diffusées depuis 2012) en passant par la pièce de théâtre R.U.R: Rossum’s Universal Robots de Karel Capek (1920). La crainte de voir une machine déposséder l’ouvrier de son emploi a, de fait, nourri nombre de luttes sociales depuis le XVIIIe siècle. En second lieu, le fait qu’un être humain puisse adéquatement être remplacé par une « simple » machine sous-tend que le travail qu’il effectue ne nécessite, en conséquence, pas de compétences propres à l’humain (créativité, intelligence, dextérité, etc.), entraînant dès lors une déconsidération sociale. Frédéric Kaplan (Kaplan & Chapouthier, 2011) nous rappelle l’épisode du métier à tisser : en 1750, Jacques de Vaucanson crée un métier entièrement automatique grâce auquel, selon ses propres termes: «Un cheval, un bœuf ou un âne font des étoffes plus belles et plus parfaites que les meilleurs ouvriers en soye», ravalant l’expertise de l’ouvrier tisserand à un stupide travail mécanique effectuable par une bête de somme. Son invention fut très mal accueillie par les ouvriers du textile qui manifestèrent et allèrent jusqu’à lui jeter des pierres. Une cinquantaine d’années plus tard, Joseph-Marie Jacquard créa un métier à tisser semi-automatique qui, bien que beaucoup plus complexe et coûteux que celui de Vaucanson, intégra sans problème les usines car «[il] donn[ait] plus de place à l’homme dans le contrôle du processus de tissage. C’est lui qui rest[ait] aux commandes » (ibid., p. 163). Les cobots se rapprochent davantage du métier de Jacquard que de Vaucanson et évitent ce double écueil. En mettant en avant la notion de collaboration entre l’humain et la machine, la question de la substitution disparaît purement et simplement : l’un a besoin de l’autre et réciproquement. De plus, le savoir-faire humain est ici valorisé car il est entendu que le robot seul ne saurait accomplir la tâche avec la précision, la dextérité, l’expérience, et autres qualités que seul l’opérateur possède. Pour reprendre les termes de Kaplan, toute lignée technique tend d’abord vers l’autonomie et l’intégration « sous la forme d’un système fermé qui n’a plus besoin de l’homme pour fonctionner » (le robot) mais, pour être acceptée socialement, nécessite de « multiplier les interfaces avec le milieu technique et humain au sein duquel elle se développe » (le cobot), soit la phase de symbiose.

Le cobot constituerait donc une étape supplémentaire dans l’acceptation sociale des machines par rapport au robot. Mais on peut s’interroger sur les conséquences de cette symbiose et sur les éventuels problèmes qu’elle peut soulever. L’un d’entre eux émerge déjà dans le domaine de la robotique (ou, devrait-on dire, de la cobotique) médicale et, en particulier, de la téléchirurgie car la collaboration entre le chirurgien et le cobot implique de repenser, notamment, le partage des responsabilités en cas d’erreur. Des juristes se penchent actuellement sur ces questions (voir Poirot-Mazères, 2013) qui comportent une part non spécifique à la cobotique et une part spécifique. La part non spécifique consiste à déterminer si l’erreur est due au praticien ou au cobot, considéré ici comme un simple outil, donc sujet à défaillances, malfaçons ou erreurs de conception. Dans un tel cas, la responsabilité incombe au fabriquant, sous réserve qu’elle puisse être prouvée. La part spécifique réfère quant à elle aux éventuelles erreurs qui peuvent être commises par le couple collaboratif chirurgien-cobot : les données fournies par le cobot sur l’état du patient étaient-elles suffisamment claires ? Le praticien a-t-il su les interpréter correctement ? A-t-il eu un accès suffisant à l’état interne du cobot pour éviter la faute ? etc.

Si le cobot ne saurait constituer, à strictement parler, une catégorie philosophique fondamentalement différente du robot, il pose néanmoins de nouvelles modalités pour penser ce que serait un « vivre-ensemble » entre humain et machine. De par son manque d’autonomie et son design centré autour de l’interaction avec les humains, qui lui permettent de se tenir relativement loin de la célèbre « Vallée de l’étrange » de Masahiro Mori (Mori, 1970), il présente la figure familière du compagnon de vie ou du collègue de travail. Il ouvre dès lors la voie à de nouvelles explorations conceptuelles, à commencer par la notion même de collaboration, dont devraient se saisir les sciences humaines et sociales.

Références bibliographiques

Raja Chatila, Robotique et simplexité : Modèles, architecture, décision et conscience, in Alain Berthoz & Jean-Luc Petit (dir.), Complexité-Simplexité, ed. Collège de France, OpenEdition Books, 20 mars 2014

Bernard Claverie, Benoît Le Blanc & Pascal Fouillat, La cobotique : La robotique soumise. Communication & Organisation, 44, p. 203-213, Presses Universitaires de Bordeaux, décembre 2013

Juliette Grange, L’Ange automate : À propos de l’Eve Future de Villiers de l’Isle-Adam. Histoire des robots au XIXe siècle, Culture Technique, 7, p. 17-29, Publications du Centre de recherche sur la culture technique, 1981

Hal Hodson, Robotic suit gives shipyard workers super strenght, New Scientist, 2980, 4 août 2014
Frédéric Kaplan & Georges Chapouthier, L’homme, l’animal et la machine, CNRS Éditions, 2011
Masahiro Mori, The Uncanny Valley, Energy 7 (4), p. 33-35, 1970
Michael Peshkin & J. Edward Colgate, Cobots work with people. IEEE Robotics and Automation Magazine, décembre 1996 Michael Peshkin & J. Edward Colgate, Cobots. Industrial Robot, 26 (5), p. 335-341, 1999

Isabelle Poirot-Mazeres, Robotique et médecine : Quelle(s) responsabilité(s) ?, Journal International de Bioéthique, 24 (4), p. 99-124, décembre 2013

 

1 Notons que le champion du monde sut se ressaisir suite à cette défaite, remportant 3 victoires et concédant 2 parties nulles, et gagnant finalement le match par 4 points à 2. Comme chacun sait, l’ordinateur prit sa revanche l’année suivante.

2 Ce terme a été employé dans son sens moderne sans doute pour la première fois par Karel Capek en 1920 pour désigner les machines anthropomorphes de sa pièce R.U.R : Rossum’s Universal Robots. Pour être plus précis (Grange, 1981), « robota » provient lui-même du gothique « arbaiths », signifiant « travail, peine, chagrin, détresse » et qui a notamment donné l’allemand « Arbeit » (travail).

3 Voir notamment les travaux de l’équipe Flowers dirigée par Pierre-Yves Oudeyer : https://flowers.inria.fr

4 Certains systèmes de d’interface cerveau-ordinateur (dits BCI, pour Brain-Computer Interface) reposent sur cette adaptation mutuelle entre l’opérateur et la machine et nécessitent donc un temps d’apprentissage avant de pouvoir être utilisés de façon satisfaisante. Ils sont, cependant, encore loin d’être produits à grande échelle ou de pouvoir servir dans le domaine industriel.

Kleinpeter Édouard

Édouard Kleinpeter est ingénieur de recherche, responsable de médiation scientifique à l’Institut des sciences de la communication. Ingénieur, physicien de formation initiale, son intérêt s’est rapidement porté vers la médiation et la diffusion des connaissances scientifiques et techniques. Son travail de recherche s’oriente selon deux thématiques : l’interdisciplinarité et l’augmentation humaine. Il a notamment dirigé l’ouvrage L’Humain augmenté (CNRS Éditions, coll Les Essentiels d’Hermès, novembre 2013).