L’intelligence ambiante à la robotique ubiquitaire

Introduction

Dans ce chapitre, nous introduisons tout d’abord les paradigmes de l’intelligence ambiante et des systèmes ubiquitaires, en considérant leurs intérêts pour l’émergence d’une nouvelle génération de robots de service appelés robots ubiquitaires. Dans la suite du chapitre, nous dressons un panorama des technologies actuelles et analysons les défis de la recherche concernant ces systèmes. Enfin, dans la dernière partie, nous esquissons les contours de nos travaux de recherche et synthétisons les objectifs de la thèse en termes d’amélioration des fonctions cognitives des systèmes à intelligence ambiante et les robots ubiquitaires pour la reconnaissance du contexte et l’adaptation à ce dernier. 

L’intelligence ambiante

La diversité des outils numériques utilisés dans nos activités quotidiennes, leur nombre, leur degré de sophistication sont en croissance perpétuelle. Ces l’intelligence ambiante à la robotique ubiquitaire Principes, technologies et défis Chapitre 2. De l’intelligence ambiante à la robotique ubiquitaire : Principes, technologies et défis dispositifs (terminaux de poche ou téléphones à écran tactile, tablettes numériques, etc. ou même robots domestiques) sont de plus en plus présents dans notre vie quotidienne. Ils constituent des outils d’assistance, de service, de communication et d’information, devenus à présent incontournables pour beaucoup d’entre nous. Ces évolutions technologiques permettent d’imaginer des systèmes intelligents offrant une multitude de fonctions accessibles, à n’importe quel moment, et à n’importe quel endroit, et selon une multitude de modes d’interactions et de média. On parle dans ce cas de systèmes ubiquitaires ou omniprésents. En effet, la particularité de ces systèmes réside dans leur capacité à adapter continuellement et automatiquement la même fonction ou service (par exemple le rappel de rendezvous), à différents contextes et modes d’usage (affichage d’un message textuel sur le PC de travail de l’usager si ce dernier est sur son lieu de travail, annonce d’un message vocal depuis le téléphone portable de l’usager si ce dernier est dans sa voiture et qu’il est en train de conduire, etc.). Ces systèmes possèdent aussi la propriété de découvrir dynamiquement les objets immatériels (services d’informations divers) ou physiques (robots, capteurs, actionneurs, équipements multimédia, etc.) disponibles dans l’environnement, puis de les exploiter pour fournir des services aux usagers. Dans un tel environnement, le monde réel et le monde virtuel se mélangent pour transformer les dispositifs et équipements que nous utilisons dans notre vie quotidienne en objets communicants offrant pro-activement des services d’assistance à valeur ajoutée. Par exemple, grâce aux technologies d’identification par radio-étiquettes (tags) RFID et aux réseaux de communications sans fil à faible consommation électrique, des objets communicants représentant un capteur, un actionneur ou un objet physique quelconque, deviennent accessibles à large échelle selon le paradigme de l’Internet des objets. Cette déclinaison thématique de l’informatique ubiquitaire est appelée, intelligence ambiante ou Ambient Intelligence (AmI). Le terme intelligence ambiante a été introduit pour la première fois en 1998 par la société Philips dans le cadre d’une analyse prospective sur l’évolution de l’électronique grand public. En 2001, l’ISTAG (Information Societies Technology Advisory Group) a publié un document regroupant un ensemble de quatre scénarii, illustrant ce que pourrait être un monde à “Intelligence Ambiante” à l’horizon de 2010 [38]. L’objectif de ce travail était d’une part, d’alimenter sur un long terme la recherche et d’autre part, d’évaluer les recherches européennes dans ce domaine émergeant. À travers ce paradigme, l’objectif est de créer des environnements ou des écosystèmes intelligents permettant d’améliorer l’environnement de vie des usagers. Ainsi, dans le cadre des applications de maintien à domicile des personnes âgées ou dépendantes, un système à intelligence ambiante (SIAM) peut offrir une multitude de services réactifs ou proactifs permettant d’améliorer la qualité de vie et l’état physique, mental, et le bien-être social des usagers. Ces services peuvent être de plusieurs types : Assistance à la mobilité, assistance cognitive, sécurité, surveillance médicale, maintien du lien social, etc. Il est ainsi possible d’imaginer une multitude  de services comme : Rappeler à l’usager de prendre ses médicaments, envoyer une alarme au corps hospitalier ou aux proches en cas d’accident (chute, intoxication, électrocution, brûlure, complication médicale, etc.), etc. D’autres exemples de services d’assistance au quotidien et agissant sur le long terme peuvent être envisagés pour permettre à l’usager de maintenir une bonne hygiène de vie, afin de prévenir ou réduire les effets d’éventuelles maladies chroniques (coaching d’activités physiques, stimulation cognitives, etc.). D’autres types de services peuvent être conçus comme ceux agissant sur l’environnement pour répondre aux préférences et aux besoins des usagers : Fermer/ouvrir les volets, allumer/éteindre la lumière, régler le confort ambiant, chercher un objet égaré, etc. Il existe dans la littérature plusieurs définitions qui sont dans le fond assez similaires. Selon l’ISTAG [38], l’intelligence ambiante consiste à créer des environnements capables de prendre en compte les caractéristiques de chaque usager, de s’adapter et de répondre intelligemment à ses besoins spécifiques, d’agir de manière non intrusive et le plus souvent invisible, de permettre à l’usager d’accéder aux services de la façon la plus naturelle et intuitive possible, en exploitant la reconnaissance vocale, gestuelle ou la manipulation d’objets tangibles. Selon Reignier [112], l’intelligence ambiante est un paradigme résultant de l’intersection de l’informatique ubiquitaire et de l’intelligence artificielle. L’objectif consiste à exploiter les capacités de perception offertes par tous les capteurs afin d’analyser l’environnement, les utilisateurs et leurs activités, et de permettre au système de réagir en fonction du contexte. Une caractéristique importante de ce paradigme est la faculté d’analyse du contexte et l’adaptation dynamique aux changements de contexte. Ces notions seront développées dans la suite de ce chapitre. 

Composition des environnements d’Intelligence Ambiante

Dans ce qui suit, nous dressons tout d’abord un panorama des technologies actuelles permettant de mettre en œuvre des systèmes à intelligence ambiante.

Artefacts intelligents

Un artefact intelligent correspond à n’importe quel objet physique fonctionnel de la vie quotidienne associant capteurs, unité de traitement, unité de communication et mémoire. Il est capable de percevoir son environnement, communiquer avec d’autres artefacts et éventuellement réagir selon une base de règles définie a priori. À travers sa capacité d’interaction direct avec un humain, un artefact intelligent peut assister une personne dans ses tâches quotidiennes en lui offrant des modes d’interaction intuitifs [166]. Contrairement aux dispositifs médicaux mobiles, les fonctionnalités médicales supplémentaires des artefacts intelligents ne sont généralement pas visibles de l’extérieur. Dans ce domaine, on peut citer l’exemple de Smart Pillow, un oreiller intelligent développé par la société Philips. Ce système surveille les paramètres vitaux de l’utilisateur, tels que la température, la respiration, le pouls, et en cas d’urgence ou de maladie, avise le personnel médical [100]. Dans le domaine de l’assistance cognitive, on peut citer les travaux menés au laboratoire DOMUS de l’université de Sherbrooke-Canada. Le domicile est considéré comme une prothèse cognitive capable d’assister une personne ayant des déficits cognitifs (problèmes d’attention, de mémoire, de planification, etc.), par exemple en lui rappelant les tâches à réaliser, ou en l’aidant à gérer son temps ou à se préparer pour des rendez-vous [108]. Nous pouvons citer également les travaux de l’équipe STARS de l’INRIA sur l’analyse des comportements des personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer [154]. Le concept d’artefacts intelligents a été étudié et développé dans des applications autres que les médicales. Smart Sofa est un canapé instrumenté qui a été développé par le Trinity College de Dublin-Irelande. Il permet d’identifier les personnes assises dessus et de fournir des services personnalisés basés sur ces informations [68]. Les ustensiles intelligents de cuisine sont des exemples d’artefacts mis en œuvre au Massachusetts Institute of Technology [77] : (i) une casserole, équipée d’une puce, qui indique si elle est trop chaude pour être manipulée ; (ii) une cuillère qui fournit des informations sur la température et la viscosité de la nourriture ; (iii) une bouilloire qui informe l’utilisateur du temps d’attente pour la préparation de son thé [31]. D’autres prototypes d’artefacts intelligents ont été développés dans la même logique comme la tasse de café qui communique le type de café et la température du liquide qu’elle contient ; ou bien encore, la nappe interactive qui permet de saisir une commande dans un restaurant.