[PDF] Intelligence Artificielle et Robotique

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Les cahiers de l"ANR - n°4

mars 2012Intelligence Artificielle et Robotique "Confluences de l"Homme et des STIC»

Nous remercions l'ensemble des contributeurs,

Bertrand Braunschweig, ainsi qu'Aline Tournier

et Aladji Kamagate de l'ANR. Les cahiers de l'ANR traitent de questions thématiques transverses aux différents appels à projets de l'ANR. Cette collection met en perspective les recherches, les innovations et les avancées technologiques en cours dans un domaine spécifique. Quels sont les enjeux technologiques, sociétaux, économiques, prospectifs?

Quelles sont les actions de l'ANR?

Sans prétention d'exhaustivité, l'objectif est d'expliciter les grandes problématiques. Il est fait référence à différents projets de recherche financés par l'ANR. Une présentation synthétique des projets est proposée. Chaque cahier permet donc d'approfondir la connaissance scientifique du domaine choisi. Il est utile pour les chercheurs, les décideurs mais aussi pour un large public. L'importance et la diversité des projets de recherche et des équipes scientifiques sont ainsi mises en lumière. Une version en ligne est également disponible: www.agence-nationale-recherche.fr Photos couverture : SignCom, 2RT-3D, CONNECT, INTERACTS, ABILIS. cahier de l"ANR 1 mars 2012

IA et Robotique

L'

ANR met en perspective les avancées

scientifiques et les résultats obtenus par les projets de grande qualité qu'elle soutient.

Ce cahier présente un ensemble de 115

projets sur les thématiques de l'intelligence artificielle et de la robotique, des sujets au coeur des sciences et technologies de l'in- formation, où la recherche fondamentale sur les algorithmes, les modèles, les mé- thodes, côtoie les applications dans de nom- breux secteurs tels que la santé, les trans- ports, le Web, ou les processus industriels. Intelligence artificielle et robotique sont éga- lement des sujets sur lesquels l'imagination est très riche. Il est important que l'ANR contri- bue à démystifier la recherche sur le sujet et mette en avant le riche contenu scienti- fique qu'elle représente.

Parmi les scénarios, il y avait notamment

celui du remplacement de l'homme par des systèmes artificiels. Si la théorie de la Singularité évoque bien une telle éventua- lité, l'objectif des recherches poursuivies est de fournir une assistance aux utilisateurs humains, pour les dégager des tâches pé- nibles, dangereuses, ou répétitives, afin de se consacrer aux activités les plus inté- ressantes et enrichissantes.

La pluridisciplinarité de la recherche en in-

telligence artificielle et en robotique se retrouve non seulement dans la diversité des appli- cations présentées, qui rassemblent natu-

rellement des chercheurs en STIC et des spé-cialistes des secteurs concernés, mais aussidans les thématiques abordées, par exemple:robotique bio-inspirée, pour laquelle automa-ticiens et informaticiens collaborent avec mé-

caniciens, biologistes, chercheurs en sciences du comportement; traitement automatique de la langue, qui mobilise linguistes, spécia- listes de l'interaction, et chercheurs en al- gorithmique probabiliste; Web sémantique, pour lequel les chercheurs en représenta- tion des connaissances travaillent avec des sociologues pour les aspects réseaux sociaux et folksonomies, et des philosophes pour la mise au point des ontologies. Cette pluri- disciplinarité est une grande richesse, por- teuse de ruptures scientifiques et technolo- giques, et donc de valeur ajoutée pour la société et l'économie.

Je me réjouis de la publication de ce cahier,

qui poursuit la collection entamée début 2009 par l'agence. Il constituera très certainement une référence essentielle pour les chercheurs et les décideurs intéressés au développe- ment et aux applications de l'intelligence artificielle et de la robotique.Jean-Yves BerthouResponsable du département

STIC de l"ANR

avant-propos Int ANR n°4 mars2012.qxd 13/06/12 20:45 Page 1 octobre 2011cahier de l"ANRmars 2012

IA et Robotique

2

L'idée d'Intelligence Artificielle suscite en-

thousiasme, espoirs, intérêt, aussi bien que méfiance, incrédulité ou oppositions fa- rouches dans les milieux scientifiques et pro- fessionnels et dans le grand public. Elle a été popularisée par des quantités d'ouvrages et films de science-fiction, de robots, et de jeux vidéo. Tout jeu de simulation a un per- sonnage "IA» qui pilote les opposants arti- ficiels aux joueurs humains. Des films tels que

A.I. (Spielberg) ou I, Robot (Proyas, inspiré

des écrits d'Isaac Asimov), ont présenté des robots humanoïdes dotés d'intelligence et de sensibilité égales à celles des hu- mains, et capables de les affronter. Tout ceci relève du mythe. Le test établi en

1950 par le mathématicien Alan Turing, qui

met un humain en confrontation verbale avec un autre opérateur dont on doit déterminer s'il est humain ou ordinateur, n'a jamais été passé avec succès par une machine. On serait actuellement bien incapable d'implé- menter dans un robot les fameuses trois lois de la robotique d'Asimov, qui demandent des capacités d'analyse, de compréhension, de raisonnement très supérieures aux pos- sibilités actuelles des ordinateurs les plus puissants, qui se situent numériquement à l'ordre de grandeur du cerveau d'une mouche.

Les recherches sur l'intelligence artificielle

et la robotique ont cependant permis des avancées dans de nombreux domaines: dia- gnostic de défauts, configuration automa- tique, vision artificielle et reconnaissance de formes, compréhension de la parole et de la langue, supervision de systèmes indus- triels de production, planification automa-

tique de missions spatiales, jeux (échecs,dames...). Elles ont aussi été à l'origine del'idée du Web sémantique, attendu commela prochaine génération du Web permet-tant des traitements de l'information bien plusriches que ce qu'il est possible de faire avecles technologies actuelles.

Les défis de recherche en IA sont nombreux:

fournir les technologies du Web sémantique; extraire des connaissances des grandes masses de données; réaliser des systèmes artificiels qui s'adaptent à un environne- ment changeant; réaliser des systèmes où l'intelligence est distribuée entre de nom- breux agents artificiels qui interagissent; être capable de raisonner sur le temps et l'es- pace; développer des robots autonomes ou capables d'assister l'humain dans ses tâches, seuls ou opérant en collectivité; et surtout, passer à l'échelle, se confronter aux problèmes réels, aux données arrivant en continu et en quantité. Pour ce faire, spécialistes d'intelligence artificielle et de robotique auront besoin non seulement de pousser plus loin leurs recherches spéci- fiques, mais aussi de collaborer avec des pra- ticiens d'autres disciplines scientifiques voi- sines, qui pourront enrichir les approches.

Au travers des plus de cent fiches de pro-

jets financés par l'ANR, accompagnées d'in- troductions présentant les enjeux scienti- fiques des grands domaines scientifiques et technologiques abordés, ce cahier se veut une contribution à l'information des cher- cheurs, des décideurs et du public sur ce do- maine fascinant mais ardu, loin des fantasmes médiatiques et des promesses dithyram- biques qui ont pu être faites dans un passé pas si éloigné que cela. résumé Int ANR n°4 mars2012.qxd 13/06/12 20:45 Page 2 cahier de l'ANRmars 2012

IA et Robotique

L'idée d'Intelligence Artificielle suscite en-

thousiasme, espoirs, intérêt, aussi bien que méfiance, incrédulité ou oppositions fa- rouches dans les milieux scientifiques et pro- fessionnels et dans le grand public. Elle a été popularisée par des quantités d'ouvrages et films de science-fiction, de robots, et de jeux vidéo. Tout jeu de simulation a un per- sonnage "IA» qui pilote les opposants arti- ficiels aux joueurs humains. Des films tels que

A.I. (Spielberg) ou I, Robot (Proyas, inspiré

des écrits d'Isaac Asimov), ont présenté des robots humanoïdes dotés d'intelligence et de sensibilité égales à celles des hu- mains, et capables de les affronter. Tout ceci relève du mythe. Le test établi en

1950 par le mathématicien Alan Turing, qui

met un humain en confrontation verbale avec un autre opérateur dont on doit déterminer s'il est humain ou ordinateur, n'a jamais été passé avec succès par une machine. On serait actuellement bien incapable d'implé- menter dans un robot les fameuses trois lois de la robotique d'Asimov, qui demandent des capacités d'analyse, de compréhension, de raisonnement très supérieures aux pos- sibilités actuelles des ordinateurs les plus puissants, qui se situent numériquement à l'ordre de grandeur du cerveau d'une mouche.

Les recherches sur l'intelligence artificielle

et la robotique ont cependant permis des avancées dans de nombreux domaines: dia- gnostic de défauts, configuration automa- tique, vision artificielle et reconnaissance de formes, compréhension de la parole et de la langue, supervision de systèmes indus- triels de production, planification automa-

tique de missions spatiales, jeux (échecs,dames...). Elles ont aussi été à l'origine del'idée du Web sémantique, attendu commela prochaine génération du Web permet-tant des traitements de l'information bien plusriches que ce qu'il est possible de faire avecles technologies actuelles.

Les défis de recherche en IA sont nombreux:

fournir les technologies du Web sémantique; extraire des connaissances des grandes masses de données; réaliser des systèmes artificiels qui s'adaptent à un environne- ment changeant; réaliser des systèmes où l'intelligence est distribuée entre de nom- breux agents artificiels qui interagissent; être capable de raisonner sur le temps et l'es- pace; développer des robots autonomes ou capables d'assister l'humain dans ses tâches, seuls ou opérant en collectivité; et surtout, passer à l'échelle, se confronter aux problèmes réels, aux données arrivant en continu et en quantité. Pour ce faire, spécialistes d'intelligence artificielle et de robotique auront besoin non seulement de pousser plus loin leurs recherches spéci- fiques, mais aussi de collaborer avec des pra- ticiens d'autres disciplines scientifiques voi- sines, qui pourront enrichir les approches.

Au travers des plus de cent fiches de pro-

jets financés par l'ANR, accompagnées d'in- troductions présentant les enjeux scienti- fiques des grands domaines scientifiques et technologiques abordés, ce cahier se veut une contribution à l'information des cher- cheurs, des décideurs et du public sur ce do- maine fascinant mais ardu, loin des fantasmes médiatiques et des promesses dithyram- biques qui ont pu être faites dans un passé pas si éloigné que cela. Int ANR n°4 mars2012.qxd 13/06/12 20:45 Page 2 cahier de l"ANRmars 2012

IA et Robotique

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L'idée d'Intelligence Artificielle suscite en-

thousiasme, espoirs, intérêt, aussi bien que méfiance, incrédulité ou oppositions fa- rouches dans les milieux scientifiques et pro- fessionnels et dans le grand public. Elle a été popularisée par des quantités d'ouvrages et films de science-fiction, de robots, et de jeux vidéo. Tout jeu de simulation a un per- sonnage "IA» qui pilote les opposants arti- ficiels aux joueurs humains. Des films tels que

A.I. (Spielberg) ou I, Robot (Proyas, inspiré

des écrits d'Isaac Asimov), ont présenté des robots humanoïdes dotés d'intelligence et de sensibilité égales à celles des hu- mains, et capables de les affronter. Tout ceci relève du mythe. Le test établi en

1950 par le mathématicien Alan Turing, qui

met un humain en confrontation verbale avec un autre opérateur dont on doit déterminer s'il est humain ou ordinateur, n'a jamais été passé avec succès par une machine. On serait actuellement bien incapable d'implé- menter dans un robot les fameuses trois lois de la robotique d'Asimov, qui demandent des capacités d'analyse, de compréhension, de raisonnement très supérieures aux pos- sibilités actuelles des ordinateurs les plus puissants, qui se situent numériquement à l'ordre de grandeur du cerveau d'une mouche.

Les recherches sur l'intelligence artificielle

et la robotique ont cependant permis des avancées dans de nombreux domaines: dia- gnostic de défauts, configuration automa- tique, vision artificielle et reconnaissance de formes, compréhension de la parole et de la langue, supervision de systèmes indus- triels de production, planification automa-

tique de missions spatiales, jeux (échecs,dames...). Elles ont aussi été à l'origine del'idée du Web sémantique, attendu commela prochaine génération du Web permet-tant des traitements de l'information bien plusriches que ce qu'il est possible de faire avecles technologies actuelles.

Les défis de recherche en IA sont nombreux:

fournir les technologies du Web sémantique; extraire des connaissances des grandes masses de données; réaliser des systèmes artificiels qui s'adaptent à un environne- ment changeant; réaliser des systèmes où l'intelligence est distribuée entre de nom- breux agents artificiels qui interagissent; être capable de raisonner sur le temps et l'es- pace; développer des robots autonomes ou capables d'assister l'humain dans ses tâches, seuls ou opérant en collectivité; et surtout, passer à l'échelle, se confronter aux problèmes réels, aux données arrivant en continu et en quantité. Pour ce faire, spécialistes d'intelligence artificielle et de robotique auront besoin non seulement de pousser plus loin leurs recherches spéci- fiques, mais aussi de collaborer avec des pra- ticiens d'autres disciplines scientifiques voi- sines, qui pourront enrichir les approches.

Au travers des plus de cent fiches de pro-

jets financés par l'ANR, accompagnées d'in- troductions présentant les enjeux scienti- fiques des grands domaines scientifiques et technologiques abordés, ce cahier se veut une contribution à l'information des cher- cheurs, des décideurs et du public sur ce do- maine fascinant mais ardu, loin des fantasmes médiatiques et des promesses dithyram- biques qui ont pu être faites dans un passé pas si éloigné que cela. résumé Int ANR n°4 mars2012.qxd 13/06/12 20:45 Page 2 cahier de l'ANR mars 2012

IA et Robotique

Partie 1 : L'intelligence artificielle et ses enjeux

Partie 2: 115 projets financés par l'ANR

Est présentée ici une liste non exhaustive de 115 projets financés par l'ANR sur la période 2006-2010 Ces projets sont issus de 19 appels à projets thématiques ou non-thématiques Int ANR n°4 mars2012.qxd 13/06/12 20:45 Page 3 cahier de l'ANR 3 mars 2012

IA et Robotique

Partie 1 : L'intelligence artificielle et ses enjeux

Partie 2: 115 projets financés par l'ANR

Est présentée ici une liste non exhaustive de 115 projets financés par l'ANR sur la période 2006-2010 Ces projets sont issus de 19 appels à projets thématiques ou non-thématiques Int ANR n°4 mars2012.qxd 13/06/12 20:45 Page 3 octobre 2011 cahier de l"ANRmars 2012

IA et Robotique

4 sommaire

Avant propos1

Résumé2

Introduction5

Partie 1 :L"intelligence artificielle (IA) et ses enjeux9 L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE, MYTHE OU RÉALITÉ ?9

LA SINGULARITÉ TECHNOLOGIQUE10

LES NOMBREUSES FACETTES DE L'IA11

LES TENDANCES ET DÉFIS13

LES LIENS ENTRE L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE, LA ROBOTIQUE

ET D'AUTRES DISCIPLINES17

PASSER À L'ÉCHELLE, SE CONFRONTER À LA RÉALITÉ18

L'ACTION DE L'ANR19

Partie 2 :115 projets de l"ANR21

1. ALGORITHMIQUE ET APPRENTISSAGE 21

2. LA ROBOTIQUE, LA CONFRONTATION AU MONDE REEL

ET LA BIO-INSPIRATION 42

3. RECONNAISSANCE DE FORMES, FOUILLE ET RECHERCHE D'IMAGES 80

4. TRAITEMENT AUTOMATIQUE DE LA LANGUE ET DE LA PAROLE 107

5. CONNAISSANCES, WEB, WEB SEMANTIQUE126

6. LES APPLICATIONS DE L'IA 142

Int ANR n°4 mars2012.qxd 13/06/12 20:45 Page 4 cahier de l"ANR 5 mars 2012

IA et Robotique

Introduction

ENREGISTRE, ... 220 M.C.!

RATTRAPE-LE ET DÉTRUIS-LE!

VA!

Ces instructions données par le profes-

seur Sató au robot Samuraï, destinées à dé- truire le malfaisant Olrik (1) , sont une bonne illustration de quelques défis de l'intelligence artificielle. L'intelligence artificielle du robot se construit en permanence en interaction avec l'environnement extérieur (on la dit située). Le robot perçoit par ses capteurs (ici, semble-t-il, deux yeux artificiels et un canal auditif), dont les variations vont induire une réaction de sa part, par exemple se retourner lorsqu'on l'appelle, ou modifier ses actions pour prendre en compte de nou- veaux éléments. Le robot Samuraï doit com- prendre la parole, interpréter les commandes de son maître; un objectif lui est donné, il va donc devoir bâtir un plan d'actions pour atteindre son but. Puis, pour pouvoir l'ac- complir en contrôlant le bon déroulement de son exécution, le robot Samuraï devra interpréter les scènes auxquelles il sera confronté, reconnaître automatiquement des formes, des personnes, des objets dans les séries d'images captées. Enfin, et c'est une spécificité de la robotique, il agira directement sur son environnement, ici en tentant de détruire Olrik grâce aux armes dont il dispose. Ce cahier de l'ANR consacré aux systèmes intelligents et à l a robotique, dans ses dimensions perceptives et cognitives, constitue une illustration des progrès ré- cents effectués vers l'objectif ambitieux de réaliser des machines intelligentes ca- pables d'assister ou de remplacer des opérateurs humains dans des tâches com- plexes. Les 115 projets qui y sont rassemblées abordent de nombreux défis dont ceux que le robot Samuraï doit relever. (1)

Les 3 Formules du Professeur

Sató,E.P. Jacobs & Bob de Moor,

Editions Blake & Mortimer

Int ANR n°4 mars2012.qxd 13/06/12 20:45 Page 5 cahier de l"ANRmars 2012

IA et Robotique

6

TRAITEMENT AUTOMATIQUE

DE LA PAROLE

Pour comprendre la parole du Professeur

Sató, le Samuraï doit transformer le signal

audio capté par ses oreilles artificielles en une série d'instructions exprimées dans un langage formel qu'il pourra manipuler pour y conduire des raisonnements. D'abord, l'en- vironnement perceptif du professeur est pro- bablement rempli de bruits provenant d'autres sources qu'il faut savoir distin- guer. S'il s'agit de son, une étape de traite- ment du signal audio est nécessaire afin de le nettoyer, pour qu'il ne reste que le texte prononcé par Sató. Il faudra ensuite sépa- rer le signal audio en phonèmes, sans doute en référence à une bibliothèque de sons pré- enregistrés, que ce soit par le locuteur lui- même (le professeur), ou par un ensemble de locuteurs représentant la diversité de pro- nonciations possibles du japonais. Il fau- dra assembler ensuite ces phonèmes en mots, ici aussi probablement en se réfé- rant à un dictionnaire et à des règles de gram- maire. Les mots doivent être ensuite réunis dans des phrases, ce qui fait appel à des connaissances de syntaxe et de grammaire.

Finalement, et ce n'est pas le moindre défi,

il s'agira de donner un sens aux phrases, de passer d'une représentation syntaxique, grammaticale, à la représentation séman- tique sur laquelle le robot Samuraï pourra conduire des raisonnements. Le traitement de la langue naturelle, écrite ou parlée, est un sujet de recherche important en IA.

REPRÉSENTATION,

RAISONNEMENTS,

ÉLABORATION DE PLANS

A partir de la représentation sémantique de

l'objectif à atteindre, le robot va conduire des raisonnements afin de définir son plan d'ac- tions. Il aura besoin pour cela de raisonnersur lui-même, sur son état, sur les armes et moyens de déplacement dont il dispose; il devra également établir que pour détruire

Olrik, le plus efficace est certainement de s'en

rapprocher pour que l'ennemi soit à sa por- tée. Il aura sans doute besoin de raisonner pour décider dans quelle direction partir. Enfin, une fois le raisonnement effectué, le robot se construira un plan permettant d'atteindre l'objectif en une série d'étapes élémentaires, on pourrait noter par exemple: (2) _Olrik>; laser> ;quotesdbs_dbs22.pdfusesText_28

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