Des physiciens de l'Université du Luxembourg ont récemment présenté un nouveau matériau qui peut devenir un élément clé d'une nouvelle infrastructure conçue pour aider les robots à comprendre leur environnement. L'équipe montre que le matériel peut être utilisé pour introduire des informations graphiques sur mesure dans l'environnement, qui est invisible pour les humains mais facilement lisible par les robots. Le nouveau matériel et la procédure innovante par laquelle il est rendu possible ont été récemment publiés dans Matériaux fonctionnels avancés , l'une des meilleures revues au monde dans le domaine de la science des matériaux.

Le règne de l'automatisation

L'automatisation généralisée est un élément clé de la quatrième révolution industrielle en cours. L'intérêt actuel pour l'automatisation prévoit une énorme expansion du concept, impliquant souvent des machines non seulement automatiques mais aussi autonomes et mobiles, comme les voitures autonomes ou les drones. Contrairement à ce que le terme « Industrie 4.0 » pourrait suggérer, ces machines sont également susceptibles de s'engager en interaction directe avec les humains, même dans des lieux en dehors de la production industrielle, comme nos maisons ou nos lieux de travail non industriels.

"Aussi bénéfique que puisse être cette transition vers l'automatisation omniprésente, cela s'accompagne également de défis importants de nombreux types. L'un des seuils les plus importants est causé par des problèmes de sécurité :comme en témoignent les décès tragiques récurrents impliquant des véhicules autonomes, ils ont actuellement une compréhension insuffisante de leur environnement malgré une technologie de pointe en matière de capteurs et de calculs embarqués. Il n'est tout simplement pas facile de donner un sens à l'occupation, monde complexe et désordonné que nous, les humains, créons et vivons, plein de signaux, certains importants, certains ne sont que distrayants, et d'autres encore étant du bruit pur, " explique Jan Lagerwall, Professeur au Département de physique et science des matériaux (DPhyMS) de l'Université du Luxembourg et chercheur principal de l'étude.

Nouvelle approche utilisant les cristaux liquides

Alors que la plupart des tentatives pour permettre aux robots d'accéder à des environnements habités par des humains se concentrent sur la fourniture aux robots d'une combinaison d'entrées sensorielles multiples et d'une puissance de calcul massive, une approche différente est maintenant proposée par le professeur Jan Lagerwall et ses deux membres de l'équipe Yong Geng et Rijeesh Kizhakidathazhath de l'Université du Luxembourg, en collaboration avec le professeur Mathew Schwartz, qui est un expert en automatisation et conception de l'environnement bâti au New Jersey Institute of Technology.

L'avancée clé présentée dans l'article est la réalisation de sphères rétroréfléchissantes à base de cristaux liquides cholestériques, qui sont transformés en état solide par un processus appelé polymérisation. D'une façon, ces sphères sont similaires aux rétroréflecteurs que nous avons dans les gilets de sécurité de nos voitures, dans les panneaux de signalisation et dans certains vêtements, car ils renvoient de la lumière à la source quelle que soit la direction dans laquelle ils sont éclairés. Mais il existe deux différences très importantes qui rendent ces réflecteurs sphériques cholestériques (CSR) si utiles. D'abord, la réflexion est limitée à une plage de longueur d'onde étroite, expliquant pourquoi l'œil humain ne les voit pas. Seconde, la réflexion est polarisée circulairement, de la même manière que chacun des deux films projetés simultanément dans un cinéma 3D sont polarisés circulairement, de manières opposées.

"Si vous avez déjà enlevé vos lunettes dans un cinéma 3D, vous aurez remarqué que l'œil humain ne peut pas distinguer les différentes polarisations, comme nos deux yeux voient alors les deux films, et nous expérimentons simplement un étrange effet "d'ombre". Les lunettes contiennent des polariseurs circulaires, l'un droitier et l'autre gaucher, s'assurer que notre œil droit ne voit que le film pour l'œil droit, la gauche seulement le film pour l'œil gauche. A l'extérieur d'une salle de cinéma, le monde est très rarement polarisé circulairement et cela signifie que la polarisation circulaire des CSR est tout à fait unique. Un robot conçu pour lire les informations encodées CSR aura deux caméras, fonctionnant tous deux dans les régions ultraviolettes et/ou infrarouges dans lesquelles se réfléchissent les CSR, et chacun aura un polariseur circulaire de type différent, tout comme les lunettes de cinéma 3D. Le robot soustrait une image de l'autre, ce qui signifie que toutes les informations visuelles qui ne sont pas polarisées circulairement, qui est tout le contenu à l'exception des CSR, est annulé, car cette information apparaît identique aux deux caméras. Mais les RSE restent, car ils ne sont visibles que par une caméra mais pas par l'autre. Cela permet au robot d'identifier les informations encodées CSR extrêmement rapidement, avec une puissance de calcul minimale, et sans risque de faux positifs, " expliquent les scientifiques.