Des chercheurs de l'Institut des sciences et technologies de Skolkovo (Skoltech) en Russie ont récemment introduit une nouvelle stratégie pour améliorer les interactions entre les humains et les essaims robotiques, appelé SwarmTouch. Cette stratégie, présenté dans un article pré-publié sur arXiv, permet à un opérateur humain de communiquer avec un essaim de drones nano-quadrotors et de guider leur formation, tout en recevant un retour tactile sous forme de vibrations.

"Nous travaillons dans le domaine des essaims de drones et mes recherches antérieures dans le domaine de l'haptique ont été très utiles pour introduire une nouvelle frontière des interactions tactiles homme-essaim, " Dzmitri Tsetserukou, Professeur à Skoltech et responsable du laboratoire Intelligent Space Robotics, a déclaré TechXplore. "Au cours de nos expériences avec l'essaim, cependant, nous avons compris que les interfaces actuelles sont trop peu conviviales et difficiles à utiliser."

Tout en menant des recherches sur les stratégies d'interaction homme-essaim, Tsetserukou et ses collègues se sont rendu compte qu'il n'existe actuellement aucune interface disponible permettant aux opérateurs humains de déployer facilement un essaim de robots et de contrôler ses mouvements en temps réel. À l'heure actuelle, la plupart des essaims suivent simplement des trajectoires prédéfinies, qui ont été établis par les chercheurs avant que les robots ne commencent à fonctionner.

La stratégie d'interaction homme-essaim proposée par les chercheurs, d'autre part, permet à un utilisateur humain de guider directement les mouvements d'un essaim de robots nano-quadrotors. Pour ce faire, il considère la vitesse de la main de l'utilisateur et modifie la forme ou la dynamique de formation de l'essaim en conséquence, en utilisant des interconnexions d'impédance simulée entre les robots pour produire des comportements qui ressemblent à ceux des essaims se produisant dans la nature.

Le système conçu par les chercheurs comprend un écran tactile portable qui délivre des modèles de vibration sur les doigts d'un utilisateur afin de l'informer de la dynamique actuelle de l'essaim (c'est-à-dire, si l'essaim est en expansion ou en diminution). Ces modèles de vibration permettent aux utilisateurs humains de modifier la dynamique de l'essaim afin que l'essaim puisse éviter les obstacles simplement en déplaçant ses mains à différentes vitesses ou dans différentes directions.

Le système détecte la position de la main de l'utilisateur à l'aide d'un système de capture de mouvement très précis appelé Vicon Vantage V5. En outre, l'opérateur humain et les robots individuels de l'essaim sont connectés par des interconnexions d'impédance.

"Ces maillons se comportent comme des ressorts-amortisseurs, " a expliqué Tsetserukou. " Ils empêchent les drones de voler près de l'opérateur et les uns des autres et de démarrer ou de s'arrêter brusquement. Notre stratégie améliore considérablement la sécurité des interactions homme-essaim et rend les comportements de l'essaim similaires à ceux de systèmes biologiques réels (par exemple les essaims d'abeilles)."

Le principal avantage de la stratégie d'interaction homme-essaim conçue par Tsetserukou et ses collègues est qu'elle permet aux utilisateurs de ressentir le mouvement d'un essaim de robots directement du bout des doigts. Il permet également aux opérateurs de modifier la dynamique des essaims en temps réel, permettant aux robots de naviguer dans des environnements encombrés et complexes, comme les centres urbains remplis de gratte-ciel ou d'autres obstacles.

Des tests préliminaires évaluant cette nouvelle stratégie d'interaction tactile ont révélé que les utilisateurs sont capables de comprendre ce que signifient les vibrations sur leurs doigts la plupart du temps. La plupart des participants qui ont participé à ces tests ont estimé que la sensation tactile améliorait leur capacité à guider les drones, tout en rendant leur communication avec l'essaim plus interactive.

À l'avenir, SwarmTouch, la stratégie développée par Tsetserukou et ses collègues, pourrait être utilisé pour entraîner des essaims à naviguer dans les entrepôts, livrer des marchandises en milieu urbain et même inspecter des ponts ou d'autres infrastructures. Les chercheurs présenteront bientôt une autre approche, appelé CloakSwarm, à la conférence ACM Siggraph Asia 2019.

Ils travaillent également sur deux stratégies d'interaction drone-humain supplémentaires, SlingDrone et WiredSwarm, qui sera démontré lors de la conférence ACM VRST 2019. SlingDrone, la première de ces stratégies, est un paradigme de réalité mixte qui permet aux utilisateurs de faire fonctionner des drones à l'aide d'un contrôleur de pointage de manière interactive, produisant un mouvement semblable à celui d'une fronde.

"Cette approche est quelque peu similaire au jeu mobile populaire Angry Birds, mais avec des utilisateurs tirant un vrai drone avec une corde au lieu d'un écran tactile, afin de naviguer dans sa trajectoire balistique en réalité virtuelle, " a expliqué Tsetserukou. " SlingDrone vous permet de pointer un drone virtuel dans la direction dans laquelle vous voulez qu'il vole et en même temps un vrai drone volera vers la position cible et vous apportera l'objet que vous souhaitez saisir. WiredSwarm, d'autre part, est un essaim de drones qui sont attachés aux doigts de l'utilisateur avec des laisses, qui peut fournir un retour haptique haute fidélité à un utilisateur de réalité virtuelle. Nous appelons ce nouveau type d'interface la première interface haptique portable volante."

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