Littérature scientifique sur le sujet « Apprentissage robotique »

Le nouveau programme pédagogique du Bachelor Universitaire de Technologie (BUT) comprend des mo-dules de situation d’apprentissage et d’évaluation (SAé), en lien avec l’acquisition de compétences nécessaires en situa-tion professionnelle. Dans le cadre du BUT GEII (Génie Electrique et Informatique Industrielle), un parcours spécifique AII (Automatisme et Informatique Industrielle) permet de se spécialiser en automatisme et robotique. Dans ce cadre, un programme de 9 séances, dont 5 encadrées par un enseignant, a été mis au point et permet, de manière progressive, en faisant appel à différentes ressources pluridisciplinaires, de finaliser un projet global comportant à la fois des parties opératives réelles, avec des capteurs et actionneurs, un automate et un écran IHM, ainsi qu’un jumeau numérique en 3D du fonctionnement global du projet mis en place. Sur une durée volontairement limitée, les étudiants sont amenés à dé-velopper des compétences techniques diverses, à développer leurs interactions pour un travail d’équipe efficace et à s’auto former par le biais de séances en autonomie. Ce projet a globalement suscité un engouement très favorable de la part des étudiants, d’après l’étude de satisfaction réalisée, et a permis une rapide montée en compétences, et une immer-sion au plus proche des problématiques pouvant être rencontrées en entreprise.

Abstract: In this paper, I focus on two teachers’ experiences with project-based museum-school partnerships that they participated in with their students. The partnerships implied collaborations with scientists, archaeologists, and artists in their classrooms, as well as informal educators from museums tied to the projects. The projects made new ways to engage in student interest-driven cross-setting learning available to the students and teachers. The participating teachers seemed to suggest a need to move towards the co-design of such partnerships in the future with youth—a process that could be initiated in teacher education programs or supported through innovative approaches to professional development.KEYWORDS: Museum-school partnership; project-based learning; cross-setting learning;archaeology education; science education; arts education, robotic.Résumé: Je traite dans cet article de l’expérience de deux enseignants dans le cadre de projets de partenariats musée-école auxquels ont participé leurs étudiants. Ces partenariats exigeaient de collaborer avec des scientifiques, des archéologues et des artistes en salles de cours, sans oublier des éducateurs officieux des musées impliqués. Les projets ont exploré de nouvelles voies d’apprentissage croisé axé sur les intérêts des étudiants, accessibles aux étudiants et aux enseignants. Il appert que les enseignants participants jugent nécessaire de privilégier à l’avenir ce type de partenariats concertés avec la jeunesse, un processus qui pourrait être initié dans le cadre de programmes de formation des enseignants ou soutenu par le biais d’approches novatrices dans le domaine de perfectionnement professionnel.MOTS CLES: Programme de partenariat entre l’école et la musée; apprentissage basé au projet; apprentissage de cadre transversal; éducation archéologique; la formation artistique en sciences; la robotique;

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.

Il existe plusieurs façons d’enseigner différents contenus à n’importe quel niveau éducatif. Grâce à la robotique, différents composants formels peuvent être compris. Les domaines dans lesquels la robotique est le plus utilisée sont généralement les mathématiques, la physique et la programmation. Cela n’empêche pas des matières comme la géographie, les arts, la langue portugaise et la biologie, entre autres, d’utiliser cet outil. L’objectif de cet article est d’identifier comment la robotique éducative est utilisée comme un outil d’enseignement dans les matières du tronc commun, en mettant l’accent sur l’Éducation Professionnelle et Technologique (EPT) au Brésil, entre 2017 et 2022. À cette fin, une revue intégrative de l’influence de la robotique en tant que complément de la méthodologie d’enseignement des matières de l’enseignement professionnel au Brésil a été réalisée, avec un accent particulier sur l’Amapá, dans la base de données de Google Scholar, sur la période indiquée. On peut en conclure que la robotique, lorsqu’elle est utilisée correctement dans l’enseignement, est un outil technologique qui permet aux élèves d’acquérir un apprentissage significatif, les rendant acteurs de leur propre apprentissage. L’alignement entre la théorie et la pratique dans des cours contextualisés offre aux étudiants des expériences stimulantes qui enrichissent leurs connaissances et leur formation intégrale.

Cet article analyse le recours à une rhétorique du jeu (Sutton-Smith, 1997) dans la promotion de la robotique éducative comme une réponse à la problématisation politique d’un manque d’intérêt des élèves dans les disciplines MINT (Mathématiques, informatique, sciences de la nature et technique). En nous distanciant volontairement de la question des effets des technologies éducatives sur l’engagement et les apprentissages, nous proposons une étude de cas centrée sur le canton de Vaud qui s’appuie sur une méthode d’analyse critique du discours. En premier lieu, nous prenons un recul historique sur le lien entre éducation et engagement pour contextualiser les réformes vaudoises actuelles d’encouragement des MINT. Nous montrons ensuite comment la robotique éducative construit sa promotion autour du jeu pour répondre aux enjeux politiques et économiques de l’engagement dans les branches techniques. En conclusion, nous revenons sur les limites de cette rhétorique et des représentations du jeu qu’elle véhicule.

Nous avons mené des travaux de recherche principalement dans les domaines de la navigation, la perception et l'apprentissage pour la robotique mobile. Ces travaux, orientés vers une robotique " cognitive ", ont pour objectif général de per- mettre aux robots de s'adapter à leur environnement, en fournissant les primitives de base telles que l'espace libre, la position ou la présence d'objets nécessaires au choix des actions. Une grande partie de ces travaux sont guidés par une inspi- ration biologique essentiellement fonctionnelle, s'inspirant de capacités trouvées dans la nature, sans chercher à en reproduire précisément le fonctionnement. La navigation, plus particulièrement la cartographie, a été jusqu'à présent le thème principal de nos travaux. Durant notre thèse, nous avons développé une méthode de cartographie utilisant un filtre bayésien, appliqué à une structure de carte et à des perceptions inspirées des connaissances biologiques sur les capacités de navigation du rat. L'intérêt de cette approche est de permettre, à partir de capteurs très simples, une localisation globale durant la cartographie, apportant ainsi une bonne robustesse à la navigation, au prix d'une exploration relativement lente. Cette inspiration biologique s'est ensuite effacée dans les tra- vaux menés à la Direction Générale pour l'Armement ou nous avons participé à la mise en place d'un démonstrateur utilisant des techniques de cartographie classiques à base de télémétrie laser et d'évitement d'obstacles en environnement dynamique. Depuis 2005 à l'ENSTA ParisTech, nos travaux se sont orientés sur les problèmes de navigation topologique, avec une approche de navigation topo- logique par apprentissage dans laquelle un utilisateur désigne les pièces à re- connaître et montre le chemin entre les différentes pièces. Nous avons également développé une approche de cartographie topologique utilisant un algorithme de détection de fermetures de boucles qui permet de détecter le retour d'un robot à une position connue. Enfin, ces travaux se sont maintenant étendus, depuis 2009 dans le cadre du projet ANR PACOM, à la problématique de la cartographie sé- mantique. L'objectif est d'obtenir des modèles de l'environnement contenant des informations de plus haut niveau; en particulier des informations plus proches de celles utilisées par l'humain, telles que les pièces ou les objets présents dans l'environnement. Au niveau de la perception, certains de ces travaux ont fait appel à la télémétrie laser, qui est bien adaptée à la navigation. Ils sont néanmoins axés principalement sur l'utilisation de la vision. En particulier, nous nous sommes intéressés au problème de la représentation de l'information visuelle qui est essentielle pour apporter une robustesse au bruit tout en fournissant l'information nécessaire aux applications. Nous avons ainsi développé une approche incrémentale inspirée des modèles de " sac de mots " visuels que nous avons appliqué à la localisation qualitative, topologique, au guidage visuel et à la reconnaissance d'objets. En collaboration avec Pierre-Yves Oudeyer nous avons étendu cette représentation à la reconnaissance auditive et audio-visuelle. Nous nous sommes également intéressés au problème de la perception active afin d'améliorer les capacités de localisation et d'améliorer la robustesse du guidage visuel. Enfin, la plupart de ces travaux ont fait appel à des méthodes d'apprentissage pour apporter de l'adaptabilité à la localisation, à la cartographie ou à la re- connaissance d'objets. Nous avons principalement travaillé avec des méthodes Bayésiennes et nous avons notamment développé des méthodes actives, permet- tant au robot de sélectionner les exemples d'apprentissage pour améliorer ses performances. Ces méthodes permettent également de profiter d'interactions avec l'utilisateur pour adapter les concepts appris par le robot. Nous les avons appli- quées à la reconnaissance de pièces et d'objets. Nous avons également appliqué la technique de factorisation en matrices non-négatives, une méthode d'appren- tissage non supervisée, pour la reconnaissance audio-visuelle d'objets. Cette der- nière application se place dans le cadre de la robotique développementale où nous cherchons à nous inspirer de l'homme pour créer des méthodes d'apprentis- sage intuitives et à long terme pour la robotique, approche que nous développons actuellement dans le cadre du projet ANR MACSi. Dans la continuité de ces travaux, nous souhaitons poursuivre nos recherches sur le thème de la navigation sémantique et de l'apprentissage pour la percep- tion dans le cadre de la robotique développementale. Ces recherches auront pour objectif commun de fournir au robot ou à son utilisateur des modèles d'environ- nement riches et contenant des informations utiles à l'analyse de la situation ou aux tâches du robot. Ces méthodes s'appliqueront essentiellement dans le cadre de la navigation en milieu intérieur ou urbain et à la robotique de service ou d'assistance, en interaction directe avec l'homme.

Afin de pouvoir évoluer de manière autonome et sûre dans leur environnement, les robots doivent être capables d'en construire un modèle fiable et pertinent. Pour des tâches variées dans des environnements complexes, il est difficile de prévoir de manière exhaustive les capacités nécessaires au robot. Il est alors intéressant de doter les robots de mécanismes d'apprentissage leur donnant la possibilité de construire eux-mêmes des représentations adaptées à leur environnement. Se posent alors deux questions : quelle doit être la nature des représentations utilisées et par quels mécanismes peuvent-elles être apprises ? Nous proposons pour cela l'utilisation de l'hypothèse des sous-variétés afin de développer des architectures permettant de faire émerger une représentation symbolique de flux sensorimoteurs bruts. Nous montrons que le paradigme de l'apprentissage profond fournit des mécanismes appropriés à l'apprentissage autonome de telles représentations. Nous démontrons que l'exploitation de la nature multimodale des flux sensorimoteurs permet d'en obtenir une représentation symbolique pertinente. Dans un second temps, nous étudions le problème de l'évolution temporelle des stimuli. Nous discutons les défauts de la plupart des approches aujourd'hui utilisées et nous esquissons une approche à partir de laquelle nous approfondissons deux sous-problèmes. Dans une troisième partie, nous proposons des pistes de recherche pour permettre le passage des expériences de laboratoire à des environnements naturels. Nous explorons plus particulièrement la problématique de la curiosité artificielle dans des réseaux de neurones non supervisés
This thesis studies the use of deep neural networks to learn high level representations from raw inputs on robots, based on the "manifold hypothesis"

Afin de pouvoir évoluer de manière autonome et sûre dans leur environnement, les robots doivent être capables d'en construire un modèle fiable et pertinent. Pour des tâches variées dans des environnements complexes, il est difficile de prévoir de manière exhaustive les capacités nécessaires au robot. Il est alors intéressant de doter les robots de mécanismes d'apprentissage leur donnant la possibilité de construire eux-mêmes des représentations adaptées à leur environnement. Se posent alors deux questions : quelle doit être la nature des représentations utilisées et par quels mécanismes peuvent-elles être apprises ? Nous proposons pour cela l'utilisation de l'hypothèse des sous-variétés afin de développer des architectures permettant de faire émerger une représentation symbolique de flux sensorimoteurs bruts. Nous montrons que le paradigme de l'apprentissage profond fournit des mécanismes appropriés à l'apprentissage autonome de telles représentations. Nous démontrons que l'exploitation de la nature multimodale des flux sensorimoteurs permet d'en obtenir une représentation symbolique pertinente. Dans un second temps, nous étudions le problème de l'évolution temporelle des stimuli. Nous discutons les défauts de la plupart des approches aujourd'hui utilisées et nous esquissons une approche à partir de laquelle nous approfondissons deux sous-problèmes. Dans une troisième partie, nous proposons des pistes de recherche pour permettre le passage des expériences de laboratoire à des environnements naturels. Nous explorons plus particulièrement la problématique de la curiosité artificielle dans des réseaux de neurones non supervisés
This thesis studies the use of deep neural networks to learn high level representations from raw inputs on robots, based on the "manifold hypothesis"

Un robot autonome collaborant avec des humains doit être capable d'apprendre à se déplacer et à manipuler des objets dans la même tâche. Dans une approche classique, on considère des modules fonctionnels indépendants gérant les différents aspects de la tâche (navigation, contrôle du bras...). A l'opposé, l'objectif de cette thèse est de montrer que l'apprentissage de tâches de natures différentes peut être abordé comme un problème d'apprentissage d'attracteurs sensorimoteurs à partir d'un petit nombre de structures non spécifiques à une tâche donnée. Nous avons donc proposé une architecture qui permet l'apprentissage et l'encodage d'attracteurs pour réaliser aussi bien des tâches de navigation que de contrôle d'un bras.Comme point de départ, nous nous sommes appuyés sur un modèle inspiré des cellules de lieu pour la navigation d'un robot autonome. Des apprentissages en ligne et interactifs de couples lieu/action sont suffisants pour faire émerger des bassins d'attraction permettant à un robot autonome de suivre une trajectoire. En interagissant avec le robot, on peut corriger ou orienter son comportement. Les corrections successives et leur encodage sensorimoteur permettent de définir le bassin d'attraction de la trajectoire. Ma première contribution a été d'étendre ce principe de construction d'attracteurs sensorimoteurs à un contrôle en impédance pour un bras robotique. Lors du maintien d'une posture proprioceptive, les mouvements du bras peuvent être corrigés par une modification en-ligne des commandes motrices exprimées sous la forme d'activations musculaires. Les attracteurs moteurs résultent alors des associations simples entre l'information proprioceptive du bras et ces commandes motrices. Dans un second temps, j'ai montré que le robot pouvait apprendre des attracteursvisuo-moteurs en combinant les informations proprioceptives et visuelles. Le contrôle visuo-moteur correspond à un homéostat qui essaie de maintenir un équilibre entre ces deux informations. Dans le cas d'une information visuelle ambiguë, le robot peut percevoir un stimulus externe (e.g. la main d'un humain) comme étant sa propre pince. Suivant le principe d'homéostasie, le robot agira pour réduire l'incohérence entre cette information externe et son information proprioceptive. Il exhibera alors un comportement d'imitation immédiate des gestes observés. Ce mécanisme d'homéostasie, complété par une mémoire des séquences observées et l'inhibition des actions durant l'observation, permet au robot de réaliser des imitations différées et d'apprendre par observation. Pour des tâches plus complexes, nous avons aussi montré que l'apprentissage de transitions peut servir de support pour l'apprentissage de séquences de gestes, comme c'était le cas pour l'apprentissage de cartes cognitives en navigation. L'utilisation de contextes motivationnels permet alors le choix entre les différentes séquences apprises.Nous avons ensuite abordé le problème de l'intégration dans une même architecture de comportements impliquant une navigation visuomotrice et le contrôle d'un bras robotique pour la préhension d'objets. La difficulté est de pouvoir synchroniser les différentes actions afin que le robot agisse de manière cohérente. Les comportements erronés du robot sont détectés grâce à l'évaluation des actions proposées par le modèle vis à vis des corrections imposées par le professeur humain. Un apprentissage de ces situations sous la forme de contextes multimodaux modulant la sélection d'action permet alors d'adapter le comportement afin que le robot reproduise la tâche désirée.Pour finir, nous présentons les perspectives de ce travail en terme de contrôle sensorimoteur, pour la navigation comme pour le contrôle d'un bras robotique, et son extension aux questions d'interface homme/robot. Nous insistons sur le fait que différents types d'imitation peuvent être le fruit des propriétés émergentes d'une architecture de contrôle sensorimotrice.

Un robot autonome collaborant avec des humains doit être capable d'apprendre à se déplacer et à manipuler des objets dans la même tâche. Dans une approche classique, on considère des modules fonctionnels indépendants gérant les différents aspects de la tâche (navigation, contrôle du bras...). A l'opposé, l'objectif de cette thèse est de montrer que l'apprentissage de tâches de natures différentes peut être abordé comme un problème d'apprentissage d'attracteurs sensorimoteurs à partir d'un petit nombre de structures non spécifiques à une tâche donnée. Nous avons donc proposé une architecture qui permet l'apprentissage et l'encodage d'attracteurs pour réaliser aussi bien des tâches de navigation que de contrôle d'un bras.Comme point de départ, nous nous sommes appuyés sur un modèle inspiré des cellules de lieu pour la navigation d'un robot autonome. Des apprentissages en ligne et interactifs de couples lieu/action sont suffisants pour faire émerger des bassins d'attraction permettant à un robot autonome de suivre une trajectoire. En interagissant avec le robot, on peut corriger ou orienter son comportement. Les corrections successives et leur encodage sensorimoteur permettent de définir le bassin d'attraction de la trajectoire. Ma première contribution a été d'étendre ce principe de construction d'attracteurs sensorimoteurs à un contrôle en impédance pour un bras robotique. Lors du maintien d'une posture proprioceptive, les mouvements du bras peuvent être corrigés par une modification en-ligne des commandes motrices exprimées sous la forme d'activations musculaires. Les attracteurs moteurs résultent alors des associations simples entre l'information proprioceptive du bras et ces commandes motrices. Dans un second temps, j'ai montré que le robot pouvait apprendre des attracteursvisuo-moteurs en combinant les informations proprioceptives et visuelles. Le contrôle visuo-moteur correspond à un homéostat qui essaie de maintenir un équilibre entre ces deux informations. Dans le cas d'une information visuelle ambiguë, le robot peut percevoir un stimulus externe (e.g. la main d'un humain) comme étant sa propre pince. Suivant le principe d'homéostasie, le robot agira pour réduire l'incohérence entre cette information externe et son information proprioceptive. Il exhibera alors un comportement d'imitation immédiate des gestes observés. Ce mécanisme d'homéostasie, complété par une mémoire des séquences observées et l'inhibition des actions durant l'observation, permet au robot de réaliser des imitations différées et d'apprendre par observation. Pour des tâches plus complexes, nous avons aussi montré que l'apprentissage de transitions peut servir de support pour l'apprentissage de séquences de gestes, comme c'était le cas pour l'apprentissage de cartes cognitives en navigation. L'utilisation de contextes motivationnels permet alors le choix entre les différentes séquences apprises.Nous avons ensuite abordé le problème de l'intégration dans une même architecture de comportements impliquant une navigation visuomotrice et le contrôle d'un bras robotique pour la préhension d'objets. La difficulté est de pouvoir synchroniser les différentes actions afin que le robot agisse de manière cohérente. Les comportements erronés du robot sont détectés grâce à l'évaluation des actions proposées par le modèle vis à vis des corrections imposées par le professeur humain. Un apprentissage de ces situations sous la forme de contextes multimodaux modulant la sélection d'action permet alors d'adapter le comportement afin que le robot reproduise la tâche désirée.Pour finir, nous présentons les perspectives de ce travail en terme de contrôle sensorimoteur, pour la navigation comme pour le contrôle d'un bras robotique, et son extension aux questions d'interface homme/robot. Nous insistons sur le fait que différents types d'imitation peuvent être le fruit des propriétés émergentes d'une architecture de contrôle sensorimotrice
An autonomous robot collaborating with humans should be able to learn how to navigate and manipulate objects in the same task. In a classical approach, independent functional modules are considered to manage the different aspects of the task (navigation, arm control,...) . To the contrary, the goal of this thesis is to show that learning tasks of different kinds can be tackled by learning sensorimotor attractors from a few task nonspecific structures. We thus proposed an architecture which can learn and encode attractors to perform navigation tasks as well as arm control.We started by considering a model inspired from place-cells for navigation of autonomous robots. On-line and interactive learning of place-action couples can let attraction basins emerge, allowing an autonomous robot to follow a trajectory. The robot behavior can be corrected and guided by interacting with it. The successive corrections and their sensorimotor coding enables to define the attraction basin of the trajectory. My first contribution was to adapt this principle of sensorimotor attractor building for the impedance control of a robot arm. While a proprioceptive posture is maintained, the arm movements can be corrected by modifying on-line the motor command expressed as muscular activations. The resulting motor attractors are simple associations between the proprioceptive information of the arm and these motor commands. I then showed that the robot could learn visuomotor attractors by combining the proprioceptive and visual information with the motor attractors. The visuomotor control corresponds to a homeostatic system trying to maintain an equilibrium between the two kinds of information. In the case of ambiguous visual information, the robot may perceive an external stimulus (e.g. a human hand) as its own hand. According to the principle of homeostasis, the robot will act to reduce the incoherence between this external information and its proprioceptive information. It then displays a behavior of immediately observed gestures imitation. This mechanism of homeostasis, completed by a memory of the observed sequences and action inhibition capability during the observation phase, enables a robot to perform deferred imitation and learn by observation. In the case of more complex tasks, we also showed that learning transitions can be the basis for learning sequences of gestures, like in the case of cognitive map learning in navigation. The use of motivational contexts then enables to choose between different learned sequences.We then addressed the issue of integrating in the same architecture behaviors involving visuomotor navigation and robotic arm control to grab objects. The difficulty is to be able to synchronize the different actions so the robot act coherently. Erroneous behaviors of the robot are detected by evaluating the actions predicted by the model with respect to corrections forced by the human teacher. These situations can be learned as multimodal contexts modulating the action selection process in order to adapt the behavior so the robot reproduces the desired task.Finally, we will present the perspectives of this work in terms of sensorimotor control, for both navigation and robotic arm control, and its link to human robot interface issues. We will also insist on the fact that different kinds of imitation behavior can result from the emergent properties of a sensorimotor control architecture

La prise de décision est un domaine très étudié en sciences, que ce soit en neurosciences pour comprendre les processus sous tendant la prise de décision chez les animaux, qu’en robotique pour modéliser des processus de prise de décision efficaces et rapides dans des tâches en environnement réel. En neurosciences, ce problème est résolu online avec des modèles de prises de décision séquentiels basés sur l’apprentissage par renforcement. En robotique, l’objectif premier est l’efficacité, dans le but d’être déployés en environnement réel. Cependant en robotique ce que l’on peut appeler le budget et qui concerne les limitations inhérentes au matériel, comme les temps de calculs, les actions limitées disponibles au robot ou la durée de vie de la batterie du robot, ne sont souvent pas prises en compte à l’heure actuelle. Nous nous proposons dans ce travail de thèse d’introduire la notion de budget comme contrainte explicite dans les processus d’apprentissage robotique appliqués à une tâche de localisation en mettant en place un modèle basé sur des travaux développés en apprentissage statistique qui traitent les données sous contrainte de budget, en limitant l’apport en données ou en posant une contrainte de temps plus explicite. Dans le but d’envisager un fonctionnement online de ce type d’algorithmes d’apprentissage budgétisé, nous discutons aussi certaines inspirations possibles qui pourraient être prises du côté des neurosciences computationnelles. Dans ce cadre, l’alternance entre recherche d’information pour la localisation et la décision de se déplacer pour un robot peuvent être indirectement liés à la notion de compromis exploration-exploitation. Nous présentons notre contribution à la modélisation de ce compromis chez l’animal dans une tâche non stationnaire impliquant différents niveaux d’incertitude, et faisons le lien avec les méthodes de bandits manchot
Decision-making is a highly researched field in science, be it in neuroscience to understand the processes underlying animal decision-making, or in robotics to model efficient and rapid decision-making processes in real environments. In neuroscience, this problem is resolved online with sequential decision-making models based on reinforcement learning. In robotics, the primary objective is efficiency, in order to be deployed in real environments. However, in robotics what can be called the budget and which concerns the limitations inherent to the hardware, such as computation times, limited actions available to the robot or the lifetime of the robot battery, are often not taken into account at the present time. We propose in this thesis to introduce the notion of budget as an explicit constraint in the robotic learning processes applied to a localization task by implementing a model based on work developed in statistical learning that processes data under explicit constraints, limiting the input of data or imposing a more explicit time constraint. In order to discuss an online functioning of this type of budgeted learning algorithms, we also discuss some possible inspirations that could be taken on the side of computational neuroscience. In this context, the alternation between information retrieval for location and the decision to move for a robot may be indirectly linked to the notion of exploration-exploitation compromise. We present our contribution to the modeling of this compromise in animals in a non-stationary task involving different levels of uncertainty, and we make the link with the methods of multi-armed bandits

Depuis plusieurs années, la robotique mobile tente de s'extraire de l'espace amniotique des laboratoires de recherche afin d'explorer l'univers imprévisible, voire hostile, de nos lieux de vie, de travail, pour nous servir ou nous divertir. Or, les méthodes classiques de l'intelligence artificielle nécessitent des modèles du robot, de ses actions et de ses perceptions, conçus a priori. Elles sont donc peu adaptées à l'inattendu et à la nouveauté. D'autre part, les systèmes d'apprentissage artificiel, souvent d'inspiration biologique, semblent à présent en voie de fournir les capacités d'adaptation manquantes à ces premières. Nous envisageons dans cette thèse l'apprentissage comme un mécanisme central de l'architecture robotique. Celle-ci peut être représentée sous les traits d'une boucle sensori-motrice où actions et perceptions se rejoignent au sein d'une structure associative. L'apprentissage permet l'acquisition de connaissances nouvelles sur l'environnement mais il intervient également dans la modélisation des actions du robot : en associant des combinaisons de consignes simples sur les moteurs, et en mémorisant les effets de ces actions sur l'environnement ou sur le robot lui-même. Cette forme d'apprentissage a pour support un réseau de neurones permettant un apprentissage en ligne non supervisé. Cette architecture permet également d'exprimer les motivations et les objectifs du robot par le biais d'un second système d'apprentissage en associant une valeur de récompense aux représentations des actions ou des perceptions, par un apprentissage par renforcement. C'est donc l'utilité de chaque action, qui permettra finalement à un processus décisionnel d'avoir lieu.

La robotique de service est un domaine émergent où il est nécessaire de commander des robots en interaction forte avec leur environnement. Ce travail présente une méthode adaptative de commande combinant de l'apprentissage de modèles de la mécanique à de la commande dans l'espace opérationnel de robots redondants. L'apprentissage des modèles cinématiques est obtenu soit par dérivation de modèles géométriques appris, soit par apprentissage direct. Ces modèles cinématiques, également appelés matrices Jacobiennes, peuvent être utilisés dans le calcul de pseudo-inverses ou de projecteurs pour la commande de robots. Cette combinaison de méthodes permet d'obtenir un contrôleur qui s'adapte à la géométrie du robot command é. En utilisant les mêmes algorithmes d'apprentissage, il est possible d'apprendre un modèle dynamique inverse du robot contr^olé de manière à le commander en couple plutôt qu'en vitesse, l'avantage étant de pouvoir s'adapter aux modifications dynamiques qui s'appliquent sur le robot comme par exemple l'application d'une force extérieure ou l'ajout d'un poids. Des expériences en simulation menées dans le cadre de cette thèse montrent comment réaliser plusieurs tâches hiérarchiques ou comment s'adapter à des perturbations avec des modèles appris. Des expériences sur le robot iCub ont également été menées afin de rendre compte de la plausibilité de l'approche proposée sur un système réel.

L'objet de cette thèse a été de montrer comment l'innovation est façonnée par de nombreuses variables. Plus précisément, il existe des conditions organisationnelles minimales pour que le développement technologique soit adopté et approprié par les acteurs. Tout au long de notre investigation, nous avons démontré cette proposition. En effet, l'observation empirique au sein des firmes automobiles allemandes nous a permis de mieux appréhender la création robotique et l'environnement interagissant sur cette dynamique. Cette analyse inductive n'a pas été neutre sur nos présupposés théoriques et a permis de construire une grille d'analyse de l'apprentissage organisationnel pour mieux cerner les propriétés, les caractéristiques et les éventuelles ambiguïtés de cet apprentissage. L'apprentissage organisationnel tel que nous le définissons repose sur une dualité: intériorité et extériorité. Il prend place au sein des firmes tout d'abord, à travers une redéfinition de leurs objectifs et de leurs routines lors de la robotisation et entre les firmes par la suite à travers l'échange et le transfert de savoir-faire. Ceci aboutit à la construction d'un équilibre organisationnel qui modifie le comportement innovateur. Ce dernier est mis en place dans un contexte spécifique celui du système national d'innovation allemand