Les robots triompheront-ils des champions de la Coupe du Monde d’ici 2050 ?

De 2019 à 2022, j’ai eu le privilège de servir en tant que président de la Fédération RoboCup. RoboCup est un événement compétitif international annuel qui associe une réflexion visionnaire sur la façon dont l’IA et la robotique changeront le monde à la conception pratique de robots. Les participants passent des mois à résoudre divers problèmes techniques pour permettre à leurs robots de jouer au football de manière autonome, de faire des tâches ménagères ou de rechercher des victimes de catastrophes. Et leurs efforts permettent à leur tour d’obtenir des avancées fondamentales dans divers domaines, y compris l’apprentissage automatique, les systèmes multi-agents et l’interaction homme-robot. Le RoboCup original, tel que défini par le président fondateur Hiroaki Kitano, avait pour objectif de permettre à une équipe de robots humanoïdes entièrement autonomes de battre la meilleure équipe de football humaine au monde sur un terrain réel en plein air d’ici l’année 2050. Depuis la première compétition RoboCup en 1997, qui comprenait trois ligues – les robots à roues de petite taille, les robots à roues de taille moyenne et la simulation – l’événement s’est étendu pour inclure des ligues de football de robots humanoïdes, ainsi que d’autres ligues consacrées à des robots plus pratiques. Le prochain événement RoboCup aura lieu en juillet à Bordeaux, en France, où l’on s’attend à la participation de 2 500 humains (et 2 000 robots) de 45 pays. La première RoboCup, à laquelle j’ai assisté en tant qu’étudiant, s’est tenue en 1997 dans une petite salle d’exposition à la Conférence internationale commune sur l’IA (IJCAI) à Nagoya, au Japon. Le niveau de compétition était, selon les normes actuelles, pas très élevé. Cependant, il est important de se rappeler que de nombreux “roboticiens” de l’époque ne travaillaient pas avec de vrais robots. RoboCup était inhabituel pendant ses premières années car il obligeait les gens à construire des systèmes intégrés complets capables de détecter, décider et agir. Au fil des ans, RoboCup a connu d’énormes améliorations dans le niveau de jeu, souvent selon un schéma où une équipe fait une découverte et domine la compétition pendant un an ou deux avant d’être remplacée par une autre. Par exemple, dans la ligue des petites tailles, où les robots utilisent une balle de golf et une perception et un calcul externes, l’équipe FU-Fighters de la Freie Universität de Berlin a introduit des innovations au début des années 2000. Ils ont commencé à contrôler la balle en utilisant un dispositif qui la fait tourner vers l’arrière vers le robot pour “dribbler”. Un deuxième dispositif propulsait rapidement la balle vers l’avant pour tirer. En tant que première équipe à proposer cette stratégie, les FU-Fighters avaient un gros avantage, mais d’autres équipes ont rapidement suivi. Dans la ligue des plates-formes standard, chaque équipe reçoit des robots identiques, de sorte que la meilleure combinaison d’algorithmes et d’ingénierie logicielle l’emporte. La première plate-forme standard pour RoboCup était l’Aibo, un petit chien robot fait par Sony. Cependant, l’objectif ultime de RoboCup est d’atteindre des performances de niveau humain sur un robot bipède, c’est pourquoi la ligue des plates-formes standard utilise désormais un petit robot humanoïde appelé Nao, fabriqué par SoftBank. Solide et capable, Nao peut tomber et se relever rapidement, une compétence critique pour les humains et les robots qui jouent au football. La ligue de taille moyenne utilise un ballon de football de taille réelle et une perception embarquée sur des robots à roues de taille humaine. Au fil des ans, elle a montré une énorme progression vers le football à la vitesse et à l’échelle humaines. Lors des compétitions récentes, les robots se sont déplacés rapidement sur un grand terrain, développant de manière autonome des stratégies offensives et défensives, et coordonnant les passes et les tirs au but. Le robot de taille moyenne typique a les compétences d’un humain de l’école primaire compétent, bien que dans cette ligue, les robots n’aient pas à se soucier des jambes. Et à certains égards, les robots de taille moyenne ont des avantages par rapport aux joueurs humains – les robots ont une détection omnidirectionnelle, une communication sans fil, et la capacité de placer des tirs très précis grâce à un système mécanique de lancement de balle. La ligue des humanoïdes de RoboCup, lancée en 2002, est essentielle pour atteindre notre objectif de constituer une équipe de robots humanoïdes hautement qualifiés d’ici 2050. Les robots bipèdes sont un défi constant, surtout lorsque ces robots doivent interagir avec des ballons de football à taille réelle, en équilibrant sur une jambe pour frapper avec l’autre. Les humanoïdes doivent avoir des proportions semblables à celles des humains et des configurations de capteurs similaires à la perception humaine, ce qui signifie, entre autres choses, pas de détection omnidirectionnelle. La ligue de simulation RoboCup utilise des versions virtuelles des robots humanoïdes de la ligue des plates-formes standard. Même dans la ligue des plates-formes standard, le matériel peut être frustrant, c’est pourquoi la ligue de simulation RoboCup permet aux équipes de travailler entièrement en logiciel. Cela permet de progresser plus rapidement en utilisant des techniques de pointe. Ma propre équipe, UT Austin Villa, a commencé à utiliser l’apprentissage automatique hiérarchique pour développer des compétences telles que la marche et les coups de pied dans la ligue de simulation en 2014, ce qui nous a permis de dominer la compétition. Mais en 2022, FC Portugal et Magma Offenburg ont réussi à nous surpasser avec des méthodes d’apprentissage par renforcement profond. Alors que le football est l’objectif ultime de RoboCup et qu’il motive la recherche sur des sujets fondamentaux tels que la vision et la mobilité des robots, il peut être difficile d’en voir la praticité dans un jeu. D’autres ligues de RoboCup se concentrent donc sur des applications plus immédiates. RoboCup@Home présente des robots pour les environnements domestiques, RoboCup Rescue est destinée aux robots de recherche et de sauvetage pour les interventions en cas de catastrophe, et RoboCup@Work développe des robots pour des tâches industrielles et logistiques. À la fin d’un événement RoboCup, il est de tradition depuis 2011 que les membres du conseil d’administration de la Fédération RoboCup jouent un match amical contre l’équipe gagnante de la ligue de taille moyenne. Ces dernières années, les robots de taille moyenne sont devenus étonnamment compétitifs, capables de garder la possession du ballon, de dribbler autour de l’équipe adverse et de réaliser des passes à travers le terrain. Les robots ne sont peut-être pas encore prêts à affronter les champions du monde, mais les progrès réalisés sont impressionnants – en 2022, Tech United Eindhoven a disputé un match amical contre une équipe de football professionnelle portugaise, le Vitória SC, et les robots ont réussi à marquer plusieurs buts (après que les femmes ont pris les choses facile avec eux). Comparé à il y a 25 ans, il existe maintenant de nombreuses compétitions de robotique parmi lesquelles choisir, et les applications de l’IA et de la robotique sont beaucoup plus répandues. RoboCup a inspiré de nombreuses autres compétitions et reste le plus grand événement de ce type. Notre communauté est déterminée à continuer à pousser les limites de l’art. L’événement attire des équipes de laboratoires de recherche spécialisés en génie mécanique, en