Memoire Online - Contribution à l'optimisation d'un comportement collectif pour un groupe de robots autonomes

Ce genre de systèmes nécessitent toutefois l'utilisation d'un grand nombre d'agents puisqu'il y aura très peu d'intérêts à diviser un petit groupe en plusieurs petites équipes. Une complexité de coordination s'ajoute à cela puisque chaque noeud ne possède qu'une partie de l'état global du système, il est donc impératif que les noeuds centraux échangent entre eux les informations de manière régulière afin d'éviter le chevauchement entre les tâches réalisées par chaque équipe.

Une autre utilité de ce genre d'architecture est de les utiliser dans des scénarios de collaboration entre plusieurs types de robots. Chaque équipe sera constituée par un type de robots et sera coordonnée par un leader qui prend en considération les capacités des membres de son équipe.

Dans un système distribué, il n'existe pas de notion d'agent central ou de leader. Chaque noeud communique avec ses voisins et décide des tâches qu'il devra accomplir, il est donc totalement indépendant des autres noeuds, ce qui renforce la robustesse du système puisque celui-ci reste opérationnel tant qu'il y a au moins un robot en service. De plus, il n'y a pas l'obligation de disposer d'un serveur central pour combiner les données.

Cette architecture se caractérise par une communication limitée et une prise de décision au niveau local, ce qui permet d'agrandir la taille du groupe sans avoir besoin d'augmenter les performances des robots ou le débit du réseau. Elle est souvent utilisée dans le cas des essaims de robots (swarm of robots) où l'objectif est de déployer un grand nombre de petits robots avec des capacités limitées, dans le but de faire émerger un comportement plus intelligent pour réaliser des tâches complexes. L'idée de base tourne donc autour de la mise à l'échelle (scalability) du système multirobots tout en augmentant sa robustesse.

Le principal inconvénient d'un système distribué est la dispersion de l'information. En effet, chaque robot ne possède qu'une vue très limitée de l'état de la mission. Un robot peut communiquer avec d'autres robots qui ne sont pas dans son voisinage en passant par d'autres robots qui joueront le rôle de relais, mais ceci induira nécessairement à une certaine latence entre l'envoi d'un message et sa réception. Afin de pallier à ces inconvénients, les chercheurs se tournent souvent vers la synchronisation implicite entre les agents et éliminent la nécessité de communiquer entre eux, un exemple peut être trouvé dans les applications de déploiement de capteurs où chaque robot calcule la distance entre les capteurs déployés par ses voisins et adapte sa propre position en conséquence. Un autre exemple se trouve dans les applications de déplacement en groupe ou les robots adaptent leurs vitesses et directions selon la vitesse moyenne et direction de leurs voisins.

Type d'architecture	Centralisée	Décentralisée	Distribuée
Dépendance au noeud central	Elevée	Moyenne	Basse
Latence de communica- tion	Basse	Basse	Elevée
Robustesse	Basse	Moyenne	Elevée
Simplicité de coordina- tion et synchronisation	Très facile	Relativement fa- cile	Difficile
Mise à l'échelle	Limitée	Limitée	Sans limite
Disponibilité de l'infor- mation	Regroupée dans le noeud central	Répliquée dans les noeuds centraux	Dispersée
Adaptabilité au change- ment d'objectifs	Facile	Relativement fa- cile	Difficile

Un système autonome est un système totalement indépendant de l'intervention de l'être humain. Il est responsable d'affecter les tâches, les réaliser, faire le suivi de l'avancement de la mission et regrouper les informations collectées par chaque robot.

Le rôle de l'être humain pendant la mission se limite donc dans la mise en marche ou l'arrêt du système, et l'intervention en cas de dysfonctionnement.

Les systèmes autonomes sont souvent utilisés dans des environnements contrôlés impliquant des risques limités. Les scénarios les plus communs sont l'automatisation des chaines de production industrielles, la gestion des entrepôts de marchandises, et le nettoyage de surfaces.

Un système semi-autonome possède une certaine dépendance à l'être humain, qui jouera un rôle plus ou moins important selon la nature de la mission. L'opérateur humain pourra effectuer des tâches de suivi par exemple, de redéfinition des priorités pendant la mission, ou encore le contrôle manuel du robot leader. Les autres robots devront donc s'adapter automatiquement aux décisions de l'opérateur humain; ils jouent un rôle de support/assistants.

On retrouve ce genre d'organisation dans les scénarios où l'intervention de l'être hu-

Contribution à l'optimisation d'un comportement collectif pour un groupe de robots autonomes

CHAPITRE 1