Les drones deviennent intelligents ... ? - LAAS CNRS
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<strong>Les</strong> <strong>drones</strong> <strong>deviennent</strong> <strong>intelligents</strong> ...<br />
?<br />
P. Fabiani<br />
Journée technologique<br />
La robotique de service en Midi-Pyrénées, 24 novembre 2011 <strong>LAAS</strong>-<strong>CNRS</strong>
Plan<br />
• Qu'est-ce qu'un drone ?<br />
• Un drone est il intelligent ?<br />
• Comment un drone peut il être intelligent ?<br />
• Qu'est-ce qu'un drone pourrait faire d'intelligent ?<br />
2 24 / 11 / 2011
Qu'est ce qu'un drone ?<br />
• Drone = un système<br />
opéré par humain avec un ou des aéronefs sans pilote à bord :<br />
- un (ou plusieurs) engin(s) sans pilote à bord répondant aux<br />
besoins de la réalisation de tâches, missions, travaux, ...<br />
- un système de conduite permettant l'opération à distance de<br />
l'engin par un opérateur ou pilote au travers de :<br />
- une ou plusieurs station(s) déportée(s) au sol ou autre ...<br />
- des liaisons de données<br />
- des procédures et conditions d'emploi<br />
• Drone = Robot Aérien = Travailleur Robotique Aérien<br />
3 24 / 11 / 2011
Qu'est ce qu'un drone ?<br />
Aérodrome de départ<br />
SS.LR<br />
SS.LR<br />
SS.LP<br />
SS.LR<br />
SS.SSP<br />
Site de secours<br />
Segment sol charge utile<br />
et<br />
Cellule de commandement<br />
SS.SSP portable<br />
4 24 / 11 / 2011
Qu'est ce qu'un drone ?<br />
• Exemple<br />
RQ-8A Fire Scout<br />
Vertical Take Off and Landing Tactical<br />
Unmanned Aerial Vehicle (VTUAV)<br />
http://www.globalsecurity.org/intell/systems/<br />
Missions militaires: observation, détection<br />
Navy , US Marine Corps<br />
Défense civile : lutte anti-narcotrafiquants<br />
Douanes, Police, gardes-côtes<br />
5 24 / 11 / 2011
Qu'est ce qu'un drone ?<br />
Système de drone = UAS<br />
UAS = ( Uninhabited Aircraft ) System<br />
engin<br />
inhabité<br />
Perception<br />
Contrôle<br />
Communications<br />
Espace aérien contrôlé<br />
6 24 / 11 / 2011<br />
Il y a des humains partout !<br />
Pilote & opérateurs<br />
distants
Un drone est il intelligent ?<br />
... du point de vue du comportement<br />
Ex1. Yamaha RMAX basique<br />
Vertical Take Off and Landing<br />
Chemical Spraying UAV<br />
Tâches agricoles: épandage, ensemençage<br />
Coopératives agricoles Asie<br />
Téléopéré à vue à moins de 150 mètres<br />
3000 exemplaires vendus (100k€)<br />
Adaptation à la tâche<br />
Ex2. Yamaha RMAX "autonome"<br />
Expérimentations d'autres applications :<br />
observation en vol & navigation autonome<br />
0 exemplaires vendus (1M€)<br />
7 24 / 11 / 2011<br />
Ok, mais pour quoi faire ?
Un drone est il intelligent ?<br />
... du point de vue de la conception<br />
• Concepts<br />
• EU project CAPECON<br />
usage civil des <strong>drones</strong><br />
• Concours micro<strong>drones</strong> DGA-Onera<br />
Ok, mais pour quoi faire ?<br />
Adaptation à la tâche<br />
Tilt Rotor<br />
MAVION<br />
8 24 / 11 / 2011
Un drone est il intelligent ?<br />
... du point de vue de la conception<br />
• Concepts<br />
Expérimentations<br />
9 24 / 11 / 2011<br />
Ok, mais pour quoi faire ?<br />
Adaptation à la tâche
Un drone est il intelligent ?<br />
... du point de vue de la performance<br />
• Démonstrations<br />
http://www.industrie.com/it/conception/appontage-automatique-d-un-drone.7460<br />
Drone Schiebel sur frégate Montcalm<br />
http://www.lepoint.fr/actualites-monde/retour-sur-une-premiere-mondiale-pour-les-<strong>drones</strong>/1648/0/282958<br />
10 24 / 11 / 2011<br />
Réel, mais peu fiabilisé<br />
Sûreté de fonctionnement
Un drone est il intelligent ?<br />
... du point de vue de la performance<br />
Etudes DGA « Capteur d’appontage »<br />
• Appontages simulés sur point virtuel mobile en vol<br />
(Sirehna – ONERA)<br />
Juillet 2006 Journées de démonstrations répétées<br />
11 24 / 11 / 2011<br />
Fiabilisé, mais pas<br />
complétement réel<br />
Sûreté de fonctionnement
Un drone est il intelligent ?<br />
... simple problème de mise au point ?<br />
Adaptation et Sûreté de fonctionnement<br />
Navy Drone Violated Washington Airspace : 2010<br />
The skies over the nation’s capital are crowded with presidential<br />
aircraft, military flyovers and the Delta shuttle, but this month a<br />
strange new bird was briefly among them: a United State Navy<br />
drone that wandered into the restricted airspace around<br />
Washington before operators could stop it.<br />
Navy spokesmen could not say Wednesday if anyone on the<br />
ground was alarmed by the drone — officially an MQ-8B Fire Scout<br />
Vertical Takeoff and Landing unmanned aerial vehicle — which<br />
looks like a small windowless helicopter and was flying at 2,000 feet.<br />
The Navy did say that the drone got within 40 miles of Washington<br />
before operators were able to re-establish communication and<br />
guide it back to its base in southern Maryland.<br />
12 24 / 11 / 2011<br />
http://www.nytimes.com/2010/08/26/us/26drone.html
Comment un drone peut il être intelligent ?<br />
• Remplacer l'humain dans des missions dangereuses,<br />
routinières ou en environnement contaminé<br />
• Actuellement : missions aériennes de détection, reconnaissance,<br />
identification de cible, ..... Aviation au début de la Première Guerre<br />
Mondiale<br />
• Fiabilité, performance, sûreté de fonctionnement et risques<br />
collatéraux "raisonnables" pour un objectif donné<br />
• Utilisation "routinière et sans danger excessif"<br />
-> insertion des <strong>drones</strong> dans les espaces aériens<br />
• Le drone doit être en permanence adapté à sa tâche.<br />
13 24 / 11 / 2011
Comment un drone peut il être intelligent ?<br />
• Enjeux :<br />
• Sécurité : éloigner les opérateurs d'environnements hostiles,<br />
dangereux ou contaminés, ne pas risquer des vies<br />
supplémentaires en cas de crise<br />
• Sécurité : garder les opérateurs "conscient de la situation"<br />
• Distance : domaine spatial typiquement<br />
• Complexité : opérations de multiples engins coordonnés<br />
• Aléas de communication: sous-marins, spatial, urbain,<br />
• Organisation du travail humain ou raisons économiques<br />
Le principe est que l'engin ne peut pas être commandé en<br />
permanence par des opérateurs humains.<br />
14 24 / 11 / 2011
Comment un drone peut il être intelligent ?<br />
• un volume de l'espace aérien<br />
• une empreinte au sol<br />
Ex: SPMT / TSI Vigilant F2000 (35kg)<br />
Autorisations de vol DGAC<br />
• depuis 1997 : vol autonome hors vue<br />
(pilote de sécurité dans la cabine de la station sol)<br />
• sur plan de vol pré-établi autour de l'aérodrome de Revel<br />
Dispositif sûr pour pouvoir amener à tout moment le<br />
drone au sol dans le périmètre de sécurité.<br />
24 / 11 / 2011
Comment un drone peut il être intelligent ?<br />
En ayant des cacacités d'autonomie ?<br />
• Un engin remplit un rôle, une tâche, une mission, un travail<br />
(exemple : surveiller, détecter), et exécute des comportements<br />
(exemples : ralliement d’un point, évitement d’obstacle)<br />
sans contrôles externes.<br />
- washing machine vs. scouting (reconnaissance) mission<br />
- human-less operation vs. human-like performance<br />
Autonomy Levels for Unmanned Systems (ALFUS) working group<br />
16 24 / 11 / 2011
Comment un drone peut il être intelligent ?<br />
• L'autonomie semble très utile, mais ...<br />
• <strong>Les</strong> algorithmes ne peuvent rendre un engin<br />
• ni omniscient : l’état de l’engin, de son environnement ne<br />
peuvent être connus de manière parfaite ;<br />
• ni omnipotent : l’engin a des capacités d’action limitées.<br />
• Des aléas se produisent, certains sont rattrapables par le système<br />
et certains le sont par l'opérateur, les deux sont capables<br />
d'apprentissage !<br />
• L’opérateur peut devoir / doit pouvoir reprendre la main<br />
17 24 / 11 / 2011
Comment un drone peut il être intelligent ?<br />
Mieux prédire pour mieux se comporter<br />
Mieux percevoir pour mieux se comporter<br />
Mieux se coordonner et coopérer<br />
Rester dans un comportement garanti<br />
Garder l'opérateur humain "dans la boucle"<br />
18 24 / 11 / 2011
Qu'est-ce qu'un drone pourrait faire d'intelligent ?<br />
Évoluer et gérer un plan de vol de façon autonome<br />
- en étant supervisé à distance<br />
- avec des flux d'informations réduits entre station sol et drone<br />
- en se comportant "comme attendu par l'opérateur"<br />
- en facilitant la tâche d'exploitation de son travail aux opérateurs.<br />
24 / 11 / 2011
Qu'est-ce qu'un drone pourrait faire d'intelligent ?<br />
Analyser l'environnement et générer son plan de vol<br />
20 24 / 11 / 2011
Qu'est-ce qu'un drone pourrait faire d'intelligent ?<br />
Percevoir, analyser l'environnement et prendre des décisions<br />
Ground<br />
Operators<br />
Maps<br />
Obstacles<br />
Data<br />
Images<br />
Mission<br />
Interface<br />
Acquisition<br />
Monitoring<br />
Registration<br />
Planner<br />
Graph<br />
Probas<br />
Vision algorithm1<br />
MAP1<br />
Vision algorithm2<br />
MAP2<br />
Itineraries<br />
Strategies<br />
Navigation&<br />
Guidance&<br />
Piloting<br />
21 24 / 11 / 2011<br />
State<br />
Camera Image
Qu'est-ce qu'un drone pourrait faire d'intelligent ?<br />
Cartographier son environnement<br />
Analyser l'environnement, détecter les dangers et replanifier sa<br />
mission<br />
Détecter, identifier et pister des objets d'intérêt<br />
mobiles , coopératifs ou non<br />
Se coordonner avec d'autres engins, coopérer avec d'autres<br />
agents dans un but commun et replanifier collectivement<br />
Rester dans un comportement garanti malgré des aléas de<br />
perception ou de navigation, s'adapter aux pannes ou<br />
masquages (zone urbaine, complémentarité vision, laser,...)<br />
Garder l'opérateur humain "dans la boucle"<br />
22 24 / 11 / 2011
Qu'est-ce qu'un drone pourrait faire d'intelligent ?<br />
Avoir un système de sécurité intelligent<br />
Procédure de retour autonome sur base en cas de perte de liaisons de données<br />
Replanification plan de vol, temporisation<br />
puis atterrissage automatique.<br />
Problème : garantir la sécurité du système de sécurité<br />
Garantir:<br />
Prise d'information de perception sur l'environnement<br />
Diversité des contextes d'environnement<br />
Complexité des interactions homme-système-environnement<br />
Garanties sur la sortie des algorithmes<br />
Garder l'opérateur humain "dans la boucle"<br />
23 24 / 11 / 2011
Plate-Forme Experimentale ACTION (& ROSACE)<br />
24 24 / 11 / 2011
Résumé<br />
• Qu'est-ce qu'un drone ?<br />
un système opéré par l'humain, comportant un aéronef sans personne à bord<br />
• Un drone est il intelligent ?<br />
ce n'est pas une caractéristique intrinsèque au mot "drone"<br />
• Comment un drone peut il être intelligent ?<br />
en étant en permanence adapté à sa tâche et à son environnement<br />
• Qu'est-ce qu'un drone pourrait faire d'intelligent ?<br />
s'adapter de façon autonome tout en restant dans des limites raisonnables<br />
25 24 / 11 / 2011
Robotic Systems (UAS) Autonomy & Safety<br />
ONERA<br />
Questions ?<br />
26 24 / 11 / 2011
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