Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La navigation autonome est devenue l’un des enjeux technologiques majeurs du XXIe siècle. Les besoins de mobilité sont immenses en robotique de service et dans les transports. Plusieurs systèmes de localisation sont aujourd’hui disponibles : le GPS civil, très performant, mais souffrant d’une précision variable (de 5 m à 30 m) en fonction de la météo et de l’environnement, la vision par ordinateur, coûteuse en termes de ressources calculatoires mais aussi sensible aux variations de la luminosité, limitant ainsi son utilisation en extérieur. Directement inspiré de la fourmi du désert Cataglyphis, le robot hexapode AntBot se localise en comptant ses foulées et mesure sa distance parcourue (odométrie) visuellement en intégrant le défilement visuel
du sol. Son cap, quant à lui, est estimé à l’aide d’une boussole céleste. AntBot se repositionne avec une erreur d’à peine 7 cm, soit presque 100 fois plus faible que celle du GPS civil.
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Autonomous navigation has become one of the major technological challenges of the 21st century. Mobility needs are immense in service robotics and transports. Several location systems are now available: civilian GPS, which is very efficient, but suffers from variable accuracy (from 5m to 30m) depending on the weather and the environment, computer vision, expensive in terms of computing resources but also sensitive to variations in light, thus limiting its use outdoors. Directly inspired by the Cataglyphis desert ant, the AntBot hexapod robot is located on the basis of step counting and visual odometry by integrating the visual scrolling of the ground, while its heading is estimated using a celestial compass. AntBot repositioned itself with an error of just 7 cm, almost 100 times lower than the civilian GPS.
Auteur(s)
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Julien DUPEYROUX : Docteur, Aix-Marseille Université
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Stéphane VIOLLET : Directeur de recherche, CNRS
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Julien SERRES : Maître de Conférences, Aix-Marseille Université
INTRODUCTION
Un des instruments de navigation du robot AntBot repose sur un compas céleste détectant le rayonnement diffusé par l’atmosphère en bande spectrale ultraviolette (UV). Cet instrument est inspiré de la partie dorsale des yeux composés des insectes, et plus particulièrement de la fourmi du désert Cataglyphis fortis. Ce compas céleste bio-inspiré est doté de seulement deux photodiodes surmontées de filtres polarisants linéaires rotatifs permettant de balayer la voûte céleste, mesurant ainsi l’angle de polarisation (AdP) – noté mathématiquement ψ – de la lumière du ciel afin de fournir une information de cap au robot. Le modèle de détermination du cap s’inspire de celui proposé par Thomas Labhart (Université de Zürich, Suisse) sur la vision de la polarisation chez le grillon. Bien que ce modèle biologique doive être considéré avant tout comme une vue de l’esprit, il n’en reste pas moins très intéressant de par sa parcimonie sensorielle pour développer des instruments bio-inspirés capables de fournir une information de cap. Les performances de ce nouvel instrument de navigation décrites dans cet article attestent du caractère novateur, minimaliste, fiable et robuste de cette boussole optique pour l’estimation du cap d’un véhicule autonome naviguant en environnement extérieur.
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KEYWORDS
vision | Biomimicry | navigation | hexapod | celestial compass | bionics | biorobotics
DOI (Digital Object Identifier)
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AntBot : un robot hexapode qui intègre son chemin comme une fourmi5. Notre boussole céleste
5.1 Pourquoi un nouveau design ?
Les prototypes minimalistes et bio-inspirés de compas célestes présentés ci-dessus montrent clairement des performances intéressantes à des fins de navigation autonome. Toutefois, ces travaux doivent être nuancés. D’une part, les conditions d’expérimentation sont systématiquement favorables (environnement contrôlé ou conditions météorologiques optimales), et d’autre part, les solutions utilisant des caméras CCD ont, certes, donné de bons résultats, mais l’encombrement et le coût en traitement de l’information visuelle représentent une limite forte pour un éventuel déploiement en robotique mobile.
L’enjeu est donc de concevoir un compas céleste nécessitant peu de pixels et de ressources calculatoires, de petite taille, et dont la configuration et le fonctionnement seraient au plus proche des modalités sensorielles de la DRA des insectes. L’accent sera notamment mis sur la sensibilité UV, laquelle n’a que très peu été utilisée dans les précédents prototypages. Or, une grande partie des insectes utilisent la polarisation de la lumière du ciel comme information de cap en bande spectrale UV. Des millions d’années d’évolution témoignent sans aucun doute d’un intérêt concret à utiliser cette bande spectrale et non une autre . De surcroît, les activités humaines n’émettent pas de rayonnement UV, et l’on peut donc considérer que les perturbations visuelles seront bien moins fortes dans les UV que dans le spectre visible.
HAUT DE PAGE5.2 Un compas céleste détectant les ultraviolets
Le compas céleste AntBot comporte deux photodiodes (SG01D-18, SgLux) surmontées de filtres polarisants linéaires, lesquels sont fixés sur deux engrenages entraînés par un moteur pas-à-pas (AM0820-A-0.225-7,...
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BIBLIOGRAPHIE
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