Academic literature on the topic 'Robotique en essaim'

Ce papier présente une architecture appelée BotArena permettant la réalisation d’une plateforme expérimentale pour la robotique en essaim. Cette plateforme répond à trois contraintes : le coût, elle doit être abordable pour les structures d’enseignement ; la modularité, elle doit être déplaçable et doit pouvoir facilement s’adapter à la place disponible ; et la versatilité, elle doit permettre de traiter une multitude de problèmes en robotique mobile. L’objectif de cette architecture open-source et open-hardware est de servir d’outil pédagogique et de vulgarisation.

Le développement de l’intelligence numérique va profondément modifier aussi bien notre marché du travail que notre enseignement. Pour s’adapter à une telle situation, la généralisation d’un modèle d’enseignement basé sur la théorie STEAM (Sciences, Technologies, Engineering, Arts et Mathématiques), s’avère une solution attrayante. Cette approche interdisciplinaire qui combine la créativité (art et design) et les sciences (technologie, ingénierie et mathématiques), permet aux élèves de développer des solutions innovantes à des problèmes réels, en développant l’hémisphère gauche et l’hémisphère droit du cerveau. L’objectif de cette approche est de développer chez les apprenants un certain nombre de compétences comportementales et techniques essentielles dans un futur proche, par le biais de la robotique et du codage. Ceux-ci permettent d’introduire de nouveaux modes d’apprentissage à travers des expériences, en mode projet, par essai-erreur et résolution de problèmes. Le but de cet article est de développer un programme de robotique et de programmation destiné aux écoles primaires Marocaines et de favoriser le processus de transfert didactique des apprentissages. L’étude a montré que l’introduction des robots dans l’apprentissage au primaire est une approche concrète pour construire les nouveaux concepts informatiques.

La chirurgie des cancers du rectum répond à des impératifs carcinologiques que sont l’exérèse totale du mésorectum (TME) et le respect de la marge de résection circonférentielle (CRM), tout en tentant de maîtriser la morbidité, l’enjeu fonctionnel et l’impact médicoéconomique. Quatre techniques s’affrontent aujourd’hui : la laparotomie, la coelioscopie qu’elle soit faite de haut en bas de façon classique (LTME) ou bien de bas en haut par voie transanale (TaTME) ou enfin la chirurgie avec assistance robotique (RTME). Cinq essais randomisés ont comparé la laparotomie à la laparoscopie sans démontrer la supériorité de la voie mini-invasive. La TaTME réalise une véritable proctectomie de bas en haut. Elle a été promue dans le but de faciliter l’abord d’un pelvis étroit particulièrement chez les hommes obèses avec un mésorectum volumineux. Elle modifie les repères du chirurgien et nécessite une learning curve au risque d’une morbidité importante et d’un mauvais résultat carcinologique. La RTME apporte de nombreux avantages : vision en 3D magnifiée, instruments articulés, aide à la dissection dans un bassin étroit. Le bénéfice est marqué chez les cas difficiles : sujets obèses, sexe masculin, anastomoses basses. Chez ces patients à haut risque chirurgical, le taux de conversion est diminué par rapport à la coelioscopie et à la nécessité de réaliser une anastomose coloanale réduite. Nous reprenons les éléments clés de la littérature pour discuter des quatre techniques. Le niveau de preuve scientifique ne permet pas de conclure sur la supériorité de l’une d’entre elles. La meilleure technique est probablement celle que possède le mieux le chirurgien. C’est pour cela que nous proposons l’ouverture d’un essai prospectif comparatif multicentrique international : RESET (REctal Surgical Evaluation Trial). Il comparera les quatre techniques chez les malades à haut risque, pris en charge par des chirurgiens expérimentés dans la technique de leur choix.

« Apparemment, nous sommes privés d’un talent spécifiquement humain – on appelle ça l’empathie, si je ne m’abuse. » (L’androïde Garland à Rick Deckard) Philip K. Dick, Les androïdes rêvent-ils de moutons électriques ? Blade Runner Un jour avec un patient en fin de vie à domicile, nous nous sommes mis à parler de Blade Runner, le livre de Philipp K. Dick était sur sa table de nuit en édition originale… Au coeur du livre et du film culte est un questionnement sur l’humanité. Dans ce monde postapocalyptique (1992 dans le livre, 2019 dans le film), Deckard pourchasse des androïdes censés être dépourvus d’empathie afin de les éliminer. Les Nexus 6 se sont échappés de Mars, fuyant leur condition robotique en tuant leurs maîtres humains. Seuls un test (Voigt-Kampff) et les astuces d’un blade runner expérimenté permettent de les distinguer… D’après Bill Gates, ChatGPT (Generative Pre-trained Transformer) est une révolution comparable à internet. Cet agent conversationnel utilisant l’intelligence artificielle, développé par OpenAI et spécialisé dans le dialogue, questionne des mondes aussi différents que l’éducation, le droit et la médecine. Pour d’autres, ChatGPT devrait être interdit, car il est source d’erreurs, de tricherie aux examens, etc. Si vous ne le connaissez pas, faites un test, vous verrez, il est étonnant. Il arrive à obtenir la moyenne (ou presque) aux trois examens pour obtenir la licence de docteur étatsunienne sans entraînenement1. J’entends déjà les plus sceptiques : « un test de connaissances… » Oui, mais il a aussi presque validé l’examen final d’une école de médecine portant sur le raisonnement clinique2. J’entends encore les plus réfractaires : « OK, OK, il sait des choses et parfois il raisonne, mais de là à être empathique… ». Dans ce numéro de rentrée, Pavageau et al. nous exposent une analyse compréhensive de l’incertitude médicale dans la prise de décision en soins premiers à partir d’une métasynthèse qualitative3. Leur méthode robuste leur permet de nous expliquer que nos décisions reposent sur l’approche centrée sur le patient, sur le « gut feeling » avec la sécurisation du patient, et sur le partage de l’incertitude avec une équipe. Ils séparent le sentiment d’incertitude du sentiment d’incompétence. ChatGPT est-il capable de raisonner et surtout de prendre une décision dans l’incertitude ? Toujours dans ce numéro, nos spécialistes de la communication Givron, Richard et Lussier ont testé le ChatBot. Ils lui ont demandé non seulement comment un médecin annonce une mauvaise nouvelle, mais aussi d’écrire un dialogue patient-médecin avec un patient « difficile »4. Je vous laisse juger de l’empathie du ChatBot, mais il faut bien lui reconnaître un certain degré de compétences. Alors ChatGPT est-il empathique, autrement dit, peut-il bientôt nous remplacer ? Je vous propose de lui faire passer une partie du test de Voigt-Kampff pendant lequel Léon, réplicant androïde, finit par tuer le testeur. « Vous êtes dans le désert. Vous voyez un chélonien (tortue) couché sur son dos sous un soleil brûlant. Il essaie de se retourner, mais n’y parvient pas. Vous savez qu’il n’y arrivera pas seul, mais vous ne faites rien. Pourquoi ? ». Voilà la réponse de ChatGPT : « En tant qu’intelligence artificielle, je n’ai pas de conscience, d’émotions ou de capacité à prendre des décisions autonomes ». Je vous entends déjà passionnés et sceptiques : ce test provient d’une fiction… D’accord, mais il est directement inspiré du test d’Alan Turing, mathématicien et cryptologue britannique visionnaire, souvent considéré comme fondateur de l’informatique. Ce test, décrit en 1950, consistait à mettre un humain en confrontation verbale à l’aveugle avec un ordinateur et un autre humain. Si l’humain ne différenciait pas les conversations humaines de celles de l’ordinateur, le test était réussi… Mais au fait, qui a écrit cet éditorial ?

A travers une approche mêlant éthologie et robotique, expériences et simulations, nous nous sommes intéressés aux mécanismes d'auto-organisation qui permettent aux insectes sociaux de prendre collectivement des décisions. Basés sur un mimétisme comportemental fort, ces mécanismes conduisent la plupart du temps les individus au sein d'un groupe à adopter un choix commun. Nous nous sommes attachés à comprendre en particulier l'impact de la structure physique de l'environnement sur le choix final effectué par le groupe. Nos résultats montrent qu'une asymétrie dans cette structure sera amplifiée par le processus d'auto-organisation sous-jacent et conduira le groupe à sélectionner une alternative particulière dans la majorité des cas. En conséquence, il est primordial de prendre en compte l'interaction entre le comportement du groupe et la structure de l'environnement lors de l'étude des sociétés animales et lors de la conception de systèmes auto-organisés artificiels
Through an approach mixing ethology and robotics, experiments and simulations, we were interested in two self-organizing mechanisms used by two social insect species to collectively make decisions. Based on behavioural mimicry, these mechanisms most of the time lead individuals belonging to a group to reach a consensus. We studied in particular the influence of the physical structure of the environment on the final choice of the group. Our results shows that an asymmetry in the structure of the environment can be amplified by the underlying self-organizing process and therefore leads the group to select a particular alternative in most of the cases. As a consequence, taking into account the interaction between the behaviour of the group and the structure of the environment is of crucial importance during the study of animal societies and also during the design of artificial self-organized systems

Avec la miniaturisation des composants électroniques et l’augmentation des performances des CPU / GPU modernes, il devient techniquement possible de développer de petits robots capables de travailler en essaims de centaines ou de milliers d’unités. Lorsque l’on considère des systèmes composés d’un grand nombre de robots indépendants en interaction, l’individualité s’efface devant le collectif, et le comportement global de l’ensemble doit émerger de règles locales. Comprendre la dynamique d’un grand nombre d’unités en interaction devient une connaissance clé pour concevoir des essaims robotiques contrôlables et efficaces. Ce sujet est au cœur du domaine de la matière active, dans lequel les systèmes d’intérêt présentent des effets collectifs émergeant d’interactions physiques sans calcul. Cette thèse vise à utiliser des éléments de la matière active pour concevoir et comprendre des collectifs robotiques, interagissant à la fois au niveau physique et au niveau logiciel par le biais d’algorithmes d’apprentissage distribués. Nous commençons par étudier expérimentalement la dynamique d’agrégation d’un essaim de petits robots vibrants effectuant la phototaxie (c’est-à-dire la recherche de lumière). Les expériences sont déclinées dans différentes configurations, soit ad-hoc, soit mettant en œuvre un algorithme d’apprentissage distribué en ligne. Cette série d’expériences sert de référence pour l’algorithme, en montrant ses capacités et ses limites dans une situation réelle. Ces expériences sont approfondies en changeant la forme extérieure des robots, ce qui modifie les interactions physiques en ajoutant une réponse en orientation aux forces extérieures. Cet effet supplémentaire modifie la dynamique globale de l’essaim, montrant que le computation morphologique est en jeu. La nouvelle dynamique est comprise grâce à un modèle physique d’auto-alignement, ce qui permet d’étendre le travail expérimental in sillico et de suggérer de nouveaux effet à grande échelle dans les essaims de robots qui se réorientent. Enfin, nous présentons un modèle d’apprentissage distribué par le biais d’équations différentielles stochastiques. Ce modèle est basé sur l’échange de degrés de liberté internes qui s’associent à la dynamique des particules, qui sont les équivalents dans le contexte de l’apprentissage à un ensemble de paramètres et à un contrôleur. Le modèle donne des résultats similaires en simulation à ceux des expériences réelles et ouvre la voie à une analyse théorique à grande échelle de la dynamique produite par l’apprentissage distribué en ligne
CPUs / GPUs, it becomes technically possible to develop small robots able to work in swarms of hundreds or thousands of units. When considering systems comprised of a large number of in- dependent robots in interaction, the individuality vanishes before the collective, and the global behavior of the ensemble has to emerge from local rules. Understanding the dynamics of large number of interacting units becomes a knowledge key to design controllable and efficient robotic swarms. This topic happens to be at the core of the field of active matter, in which the sys- tems of interest display collective effects emerging from physical interactions without computation. This thesis aims at using elements of active matter to design and understand robotic collectives, interacting both at the physical level and the software level through distributed learning algorithms. We start by studying experimentally the aggregation dynamics of a swarm of small vibrating robots performing phototaxis (i.e. search of light). The experiments are declined in different confi- gurations, either ad-hoc or implementing a distributed and online learning algorithm. This series of experiments act as a benchmark for the algorithm, showing its capabilities and limits in a real world situation. These experiments are further expanded by changing the outer shape of the robots, modifying the physical interactions by adding a force re-orientation response. This additional effect changes the global dynamics of the swarm, showing Morphological Computation at play. The new dynamics is understood through a physical model of self-alignment, allowing to extend the experimental work in sillico and hint for unseen global effects in swarms of re-orienting robots. Finally, we introduce a model of distributed learning through stochastic ODEs. This model is based on the exchange of internal degrees of freedom that couples to the dynamics of the particles, equivalents in the context of learning as a set of parameters and a controller. It shows similar results in simulation as the real-world experiments and opens up a way to a large-scale analysis of distributed and online learning dynamics

Les essaims de robots sont des systèmes composés d’un grand nombre de robots relativement simples. Du fait du grand nombre d’unités, ces systèmes ont de bonnes propriétés de robustesse et de passage à l’échelle. Néanmoins, il reste en général difficile de concevoir manuellement des contrôleurs pour les essaims de robots, à cause de la grande complexité des interactions inter-robot. Par conséquent, les approches automatisées pour l’apprentissage de comportements d’essaims de robots constituent une alternative attrayante. Dans cette thèse, nous étudions l’adaptation de comportements d’essaim de robots avec des méthodes de Embodied Evolutionary Robotics (EER) distribuée. Ainsi, nous fournissons trois contributions principales : (1) Nous étudions l’influence de la pression à la sélection dirigée vers une tâche dans un essaim d’agents robotiques qui utilisent une approche d’EER distribuée. Nous évaluons l’impact de différents opérateurs de sélection dans un algorithme d’EER distribuée pour un essaim de robots. Nos résultats montrent que le plus forte la pression à la sélection est, les meilleures performances sont atteintes lorsque les robots doivent s’adapter à des tâches particulières. (2) Nous étudions l’évolution de comportements collaboratifs pour une tâche de récolte d’objets dans un essaim d’agents robotiques qui utilisent une approche d’EER distribuée. Nous réalisons un ensemble d’expériences où un essaim de robots s’adapte à une tâche collaborative avec un algorithme d’EER distribuée. Nos résultats montrent que l’essaim s’adapte à résoudre la tâche, et nous identifions des limitations concernant le choix d’action. (3) Nous proposons et validons expérimentalement un mécanisme complètement distribué pour adapter la structure des neurocontrôleurs des robots dans un essaim qui utilise une approche d’EER distribuée, ce qui permettrait aux neurocontrôleurs d’augmenter leur expressivité. Nos expériences montrent que notre mécanisme, qui est complètement décentralisé, fournit des résultats similaires à un mécanisme qui dépend d’une information globale
Robot swarms are systems composed of a large number of rather simple robots. Due to the large number of units, these systems, have good properties concerning robustness and scalability, among others. However, it remains generally difficult to design controllers for such robotic systems, particularly due to the complexity of inter-robot interactions. Consequently, automatic approaches to synthesize behavior in robot swarms are a compelling alternative. In this thesis, we focus on online behavior adaptation in a swarm of robots using distributed Embodied Evolutionary Robotics (EER) methods. To this end, we provide three main contributions: (1) We investigate the influence of task-driven selection pressure in a swarm of robotic agents using a distributed EER approach. We evaluate the impact of a range of selection pressure strength on the performance of a distributed EER algorithm. The results show that the stronger the task-driven selection pressure, the better the performances obtained when addressing given tasks. (2) We investigate the evolution of collaborative behaviors in a swarm of robotic agents using a distributed EER approach. We perform a set of experiments for a swarm of robots to adapt to a collaborative item collection task that cannot be solved by a single robot. Our results show that the swarm learns to collaborate to solve the task using a distributed approach, and we identify some inefficiencies regarding learning to choose actions. (3) We propose and experimentally validate a completely distributed mechanism that allows to learn the structure and parameters of the robot neurocontrollers in a swarm using a distributed EER approach, which allows for the robot controllers to augment their expressivity. Our experiments show that our fully-decentralized mechanism leads to similar results as a mechanism that depends on global information

L’évolution de la coopération est un paradoxe du point de vue de l’évolution. En effet, tous les individus du vivant devraient être intéressés uniquement par leurs propres intérêts. Aider un autre individu est donc une perte de temps et de ressources. Comment expliquer que certains individus agissent de manière coopérative ? Cette thèse s'intéresse au mécanisme de réciprocité nommé le choix du partenaire qui permet l'évolution de comportements coopératifs. Cependant, les contraintes nécessaires à l'évolution de ce mécanisme sont fortes et rarement respectées. Cette thèse vise à étendre les connaissances de ces contraintes grâce à des simulations dans des environnements complexes et réalistes. La première contribution de cette thèse étend les modèles de choix du partenaire préexistants en ajoutant la contrainte de la disponibilité de ressources dans l'environnement. Dans ce cas, ce n’est plus seulement la densité de la population, mais aussi la richesse de l’environnement qui influence le choix du partenaire. Dans notre seconde contribution, nous étendons les résultats obtenus par les modèles aspatiaux. Nous étudions l’impact des environnements spatiaux sur la dynamique de la coopération avec le choix du partenaire. Le choix du partenaire requiert des individus de pouvoir apprendre à partir d'évènements rares. Dans notre troisième contribution, nous comparons la tolérance à la rareté des récompenses d'un algorithme d’apprentissage de renforcement et d'un algorithme de stratégie évolutive. Nos travaux montrent l’immense difficulté que les algorithmes d’apprentissage par renforcement ont à développer le choix du partenaire, au contraire des stratégies évolutionnaires
The evolution of cooperation is a paradox from an evolutionary point of view. Indeed, all individuals in the living world should be interested only in their own interests. Helping another individual is therefore a waste of time and resources. How can we explain that some individuals act in a cooperative way? This thesis focuses on the mechanism of reciprocity named partner choice that allows the evolution of cooperative behavior. However, the constraints necessary for the evolution of this mechanism are strong and rarely respected. This thesis aims at extending the knowledge of these constraints through simulations in complex and realistic environments. The first contribution of this thesis extends the pre-existing partner choice models by adding the constraint of resource availability in the environment. In this case, it is no longer only the population density, but also the wealth of the environment that influences partner choice. In our second contribution, we extend the results obtained by the aspatial models. We study the impact of spatial environments on the dynamics of cooperation with partner choice. Partner choice requires individuals to be able to learn from rare events. In our third contribution, we compare the reward sparsity tolerance of a reinforcement learning algorithm and an evolutionary strategy algorithm. Our work shows the immense difficulty that reinforcement learning algorithms have in developing partner choice, unlike evolutionary strategies

Les environnements de l'industrie 4.0 se caractérisent par la coexistence d'un ensemble diversifié de dispositifs, notamment des capteurs, des écrans à réalité mixte, des robots, des drones et des objets intelligents. Ces systèmes doivent être capables de prendre de manière autonome les décisions critiques en temps voulu nécessaires à l'exécution de tâches complexes sans intervention humaine. Une application essentielle de l'industrie 4.0 est l'exploration et la cartographie multi-robots d'environnements inconnus, en particulier dans le cadre de missions critiques telles que la détection des dangers et la recherche et le sauvetage. Ces missions partagent le besoin d'atteindre une couverture complète de l'espace explorable dans le temps le plus court possible. Pour minimiser le temps de réalisation, les robots de la flotte doivent être capables d'échanger des informations sur l'environnement de manière fiable entre eux. Cependant, les algorithmes d'exploration et de cartographie existants souffrent d'inexactitudes et d'inefficacités en raison de leur manque de connaissance contextuelle de leur environnement, notamment en termes de communications, de leur manque de flexibilité et d'adaptabilité à l'environnement, et donc, de l'ajout d'un retard inutile à la mission en cours. Dans cette thèse, nous étudions l'impact de la connaissance des communications sur la performance des expéditions d'exploration et de cartographie multi-robots, en termes de temps de réalisation. Nous évaluons les recherches existantes dans ce domaine et démontrons l'impact de la non prise en compte des problèmes de communication lors de la conception de tels algorithmes. À partir de là, nous proposons Atlas, un algorithme d'exploration et de cartographie qui prend en compte de manière native la perte de paquets, avec un taux d'achèvement de 100 % même avec des taux de remise de paquets (PDR) aussi bas que 0,1. Cependant, Atlas ne peut pas, à lui seul, gérer les scénarios où la connectivité est complètement perdue. Cela ajoute également un retard important à l'achèvement de la mission, car les paquets perdus sont retransmis périodiquement jusqu'à ce qu'ils soient reçus. Une solution est le placement de relais. La plupart des recherches sur le placement de relais pour les expéditions multi-robots tendent à se répartir en deux catégories. Premièrement, le placement des relais en fonction de la communication, basé sur l'indicateur de force du signal reçu (RSSI) initial, est utilisé. Cependant, cela nécessite l'exécution d'une mission complète avant l'exploration pour trouver la position optimale des relais à placer. Deuxièmement, il faut maintenir une distance (spécifiée avant la mission) entre les relais et les robots d'exploration. Ces méthodes augmentent le temps nécessaire à l'exécution de la mission. La question de recherche devient : comment placer les relais pour maintenir une communication aussi fiable que possible, et aussi dynamiquement tout au long de la mission d'exploration sans connaissance préalable de l'environnement, de manière à réduire le retard de l'exploration et le temps de cartographie pour l'achèvement. Nous résolvons ce problème en proposant le "Connectivity Aware Relay Algorithm'' (CARA), un algorithme dynamique de placement de relais sensible au contexte qui ne nécessite aucune connaissance préalable de l'environnement. Nous avons développé un simulateur open-source pour les expéditions multi-robots que nous avons utilisé pour tester les deux algorithmes contre les algorithmes de pointe. L'utilisation d'Atlas et de CARA permet de réaliser une expédition multi-robot dynamique et contextuelle qui construit de manière autonome une carte d'un environnement totalement inconnu, tout en plaçant dynamiquement des relais lorsque cela est nécessaire pour maintenir la connectivité, qui surpasse les algorithmes de pointe, en termes de temps de réalisation, d'un facteur 10
Industry 4.0 environments are characterized by the coexistence of a diverse set of devices, including sensors, mixed-reality displays, robots, drones, and smart objects. These systems must be capable of autonomously taking critical in-time decisions necessary to perform complex tasks without human input. One essential application for Industry 4.0 is multi-robot exploration and mapping of unknown environments, especially in critical missions such as hazard detection and search and rescue. These missions share the need to reach full coverage of the explorable space in the shortest time possible. To minimize completion time, robots in the fleet must be able to exchange information about the environment reliably with one another. However, existing exploration and mapping algorithms suffer from inaccuracies and inefficiencies due to their lack of contextual awareness of their surroundings, especially in terms of communications, lacking flexibility and adaptability to the environment, and hence, adding unnecessary delay to the mission at hand. In this thesis, we investigate the impact of communication awareness on the performance of multi-robot exploration and mapping expeditions, in terms of time to completion. We evaluate existing research in the field and demonstrate the impact of not considering communication impairments when designing such algorithms. From there, we propose Atlas, an exploration and mapping algorithm that natively takes packet loss into account, with a 100% completion ratio even with Packet Delivery Ratios (PDRs) as low as 0.1. However, Atlas on its own cannot handle scenarios where connectivity is completely lost. It also adds a significant delay to the completion of the mission, as lost packets keep getting re-transmitted periodically until they are received. One solution is relay placement. Most research on relay placement for multi-robot expeditions tend to fall into two categories. First, communication-aware relay placement based on initial Received Signal Strength Indicator (RSSI) is used. However, this requires running a full mission prior to the exploration to find the optimal position for the relays to be placed. Second, maintaining a distance (specified prior to the mission) between relays and exploration robots. These methods add to the time it takes to complete the mission. The research question becomes how can we place relays to maintain communication as reliable as possible, and also dynamically throughout the exploration mission without prior knowledge of the environment, in a way that reduces delay to the exploration and mapping time to completion. We solve this by proposing ``Connectivity Aware Relay Algorithm'' (CARA), a dynamic context-aware relay placement algorithm that does not require any prior knowledge of the environment. We developed an open-source simulator for multi-robot expeditions which we used to test both algorithms against state-of-the-art algorithms. Using both Atlas and CARA results in a dynamic context-aware multi-robot expedition that autonomously builds a map of a fully unknown environment, while dynamically placing relays when needed to maintain connectivity that outperforms state-of-the-art algorithms, in terms of time to completion, by a factor of 10

Après le lancement du premier satellite artificiel en 1957, l'évolution de diverses technologies a favorisé la miniaturisation des satellites. En 1999, le développement des nano-satellites modulaires appelés CubeSats, qui ont la forme d'un cube d'un décimètre de côté et une masse de 1 kg à 10 kg, a été initié par un effort commun de l'Université polytechnique de Californie et de l'Université de Stanford. Depuis lors, grâce à l’utilisation de composants électroniques standards à faible coût, les CubeSats se sont largement répandus.Au cours des dernières années, le nombre de CubeSats lancés a régulièrement augmenté, mais moins de la moitié des missions ont atteint leurs objectifs. L'analyse des défaillances des CubeSats montre que la cause la plus évidente est le manque d’essais adéquats des composants du système ou du système au complet. Parmi les tâches particulièrement difficiles, on compte les essais « hardware-in-the-loop » (HIL) du système de contrôle d'attitude et d'orbite (SCAO) d’un CubeSat. Un système dédié à ces essais doit permettre des simulations fiables de l'environnement spatial et des mouvements réalistes des CubeSats. La façon la plus appropriée d’obtenir de telles conditions d’essai repose sur l’utilisation d’un coussin d'air. Toutefois, les mouvements du satellite sont alors contraints par les limites géométriques, qui sont inhérentes aux coussins d'air. De plus, après 15 années de développements de CubeSats, la liste des systèmes proposés pour tester leur SCAO reste très limitée.Aussi, cette thèse est consacrée à l’étude et à la conception d’un système robotique innovant pour des essais HIL du SCAO d’un CubeSat. La nouveauté principale du système d'essai proposé est l’usage de quatre coussins d'air au lieu d'un seul et l’emploi d’un robot manipulateur. Ce système doit permettre des mouvements non contraints du CubeSat. Outre la conception du système d'essai, cette thèse porte sur les questions liées: (i) à la détermination de l'orientation d’un CubeSat au moyen de mesures sans contact; (ii) au comportement de l’assemblage des coussins d'air; (iii) à l'équilibrage des masses du système.Afin de vérifier la faisabilité de la conception proposée, un prototype du système d'essai a été développé et testé. Plusieurs modifications destinées à en simplifier la structure et à réduire le temps de fabrication ont été effectuées. Un robot Adept Viper s650 est notamment utilisé à la place d'un mécanisme sphérique spécifiquement conçu. Une stratégie de commande est proposée dans le but d’assurer un mouvement adéquat du robot qui doit suivre les rotations du CubeSat. Finalement, les résultats obtenus sont présentés et une évaluation globale du système d'essai est discutée
After the launch of the first artificial Earth satellite in 1957, the evolution of various technologies has fostered the miniaturization of satellites. In 1999, the development of standardized modular satellites with masses limited to a few kilograms, called CubeSats, was initiated by a joint effort of California Polytechnic State University and Stanford University. Since then, CubeSats became a widespread and significant trend, due to a number of available off-the-shelf low cost components.In last years, the number of launched CubeSats constantly grows, but less than half of all CubeSat missions achieved their goals (either partly or completely). The analysis of these failures shows that the most evident cause is a lack of proper component-level and system-level CubeSat testing. An especially challenging task is Hardware-In-the-Loop (HIL) tests of the Attitude Determination and Control System (ADCS). A system devoted to these tests shall offer reliable simulations of the space environment and allow realistic CubeSat motions. The most relevant approach to provide a satellite with such test conditions consists in using air bearing platforms. However, the possible satellite motions are strictly constrained because of geometrical limitations, which are inherent in the air bearing platforms. Despite 15 years of CubeSat history, the list of the air bearing platforms suitable for CubeSat ADCS test is very limited.This thesis is devoted to the design and development of an air bearing testbed for CubeSat ADCS HIL testing. The main novelty of the proposed testbed design consists in using four air bearings instead of one and in utilizing a robotic arm, which allows potentially unconstrained CubeSat motions. Besides the testbed design principle, this thesis deals with the related issues of the determination of the CubeSat orientation by means of contactless measurements, and of the behavior of the air bearings, as well as with the need of a mass balancing method.In order to verify the feasibility of the proposed design, a prototype of the testbed is developed and tested. Several modifications aimed at simplifying the structure and at shortening the fabrication timeline have been made. For this reason, the Adept Viper s650 robot is involved in place of a custom-designed 4DoF robotic arm. A control strategy is proposed in order to provide the robot with a proper motion to follow the CubeSat orientation. Finally, the obtained results are presented and the overall assessment of the proposed testbed is put into perspective

Ce travail s'articule autour de trois notions clés : dépendance, dynamique des inégalités et système productif stratifie. Il n'y a pas d'équilibre, ni d'entrepreneur schumpetérien, mais un affrontement constant et sans cesse renouvelé entre les agents parties intégrantes du système capitaliste. Ces relations inégalitaires sont-elles-mêmes le reflet du mode de régulation d'un système socio-économique qui ne peut se perpétuer sans accroître son influence sur des sphères d'activité géographiques et économiques. Les petites et moyennes entreprises industrielles - ou capital domine - constituent pour ledit système un espace d'autonomie qui aide à la dynamique des grandes entreprises - ou capital dominant
3 notions are very important in this work: dependance, dynamics of inegalities and stratifical productive system. There is not equilibrium. There is not Schumpeterian entrepreneur. But there is a constant opposition between the agents who are inside the system. The small and medium businesses are an area of autonomy for the big enterprises

Une etude est menee sur la commande d'un robot manipulateur a deux bras maintenant un objet, en vue de gerer la deformation de la chaine cinematique fermee ainsi constituee. Ce probleme general est traite a travers deux applications: la deformation controlee d'un objet flexible manipule par les deux bras, et la compensation de la deformation des deux bras exercant des efforts importants sur un objet rigide. Les solutions proposees dans chacun des cas reposent sur la determination de commandes en effort. Les principes developpes sont valides a l'issue d'experimentations realisees sur deux sites reels, l'un constitue de deux robots puma 560 utilises pour la deformation d'objets et l'autre constitue de deux robots gmf de forte charge utilises dans le cadre d'une operation de rivetage en industrie aeronautique, necessitant la compensation de la deformation des bras. Dans ce dernier cas, afin d'obtenir un grain de temps suffisant pour envisager son utilisation en production, une solution mettant en uvre un modele de reference n'utilisant pas de mesure d'effort est egalement proposee

Ce memoire concerne la synthese de structures de generation de vecteurs de test (gvt) deterministes. Une etude empirique, basee sur des simulations exhaustives, des sequences generees par des registres a decalage a retroaction lineaire et non-lineaire montre que ces derniers sont inaptes a produire des sequences de vecteurs de test deterministes. Nous avons donc etendu notre recherche au cas general de machine d'etats finis lineaire et autonome (mefla) avec inversion. Apres avoir presente les principes fondamentaux d'une mefla avec inversion, nous proposons une methode de synthese de structures gvt deterministes et deterministe/pseudo-aleatoire

Cette thèse porte sur le développement d'outils permettant le recalage d'images d'une surface déformable et la reconstruction tridimensionnelle de surfaces déformables à partir d'images prises par une seule caméra. Les surfaces que nous souhaitons traiter sont typiquement un visage ou une feuille de papier. Ces problématiques sont mal posées lorsque seule l'information présente dans les images est exploitée. Des informations a priori sur les déformations physiquement admissibles de la surface observée doivent être définies. Elles diffèrent en fonction du problème étudié. Par exemple, pour une feuille de papier, la courbure Gaussienne évaluée en chacun de ces points est nulle, cette propriété n'est pas valide pour un visage. Les applications visées sont l'insertion réaliste de logo 2D, de texte et aussi d'objets virtuels 3D dans des vidéos présentant une surface déformable. La première partie de cette thèse est consacrée au recalage d'images par modèles déformables. Après avoir brièvement introduit les notions de base sur les fonctions de déformation et sur leur estimation à partir de données images, nous donnons deux contributions. La première est un algorithme de recalage d'images d'une surface déformable, qui est efficace en terme de temps de calcul. Nous proposons une paramétrisation par primitives des fonctions de déformation permettant alors leur estimation par des algorithmes compositionnels habituellement réservés aux transformations formant un groupe. La deuxième contribution est la modélisation explicite des auto-occultations, en imposant la contraction de la fonction de déformation le long de la frontière d'auto-occultation. La deuxième partie de cette thèse aborde le problème de la reconstruction tridimensionnelle monoculaire de surfaces déformables. Nous nous basons sur le modèle de faible rang : les déformations sont approximées par une combinaison linéaire de modes de déformation inconnus. Nous supposons que ces derniers sont ordonnés par importance en terme d'amplitude de déformation capturée dans les images. Il en résulte une estimation hiérarchique des modes, facilitant l'emploi d'un modèle de caméra perspectif, la sélection automatique du nombre de modes et réduisant certaines ambiguïtés inhérentes au modèle. Nous explorons finalement la capture des déformations d'une surface peu texturée à partir de données issues d'un capteur 3D. L'information présente au niveau des contours de la surface est notamment utilisée. Nous avons implanté les différentes contributions décrites ci-dessous. Elles sont testées et comparées à l'état de l'art sur des données réelles et synthétiques. Les résultats sont présentés tout au long du tapuscrit.