L’ONERA met de l’intelligence artificielle sur les drones maritimes
24 Oct 2017

L’ONERA met de l’intelligence artificielle sur les drones maritimes

Etudes hydrographiques et océanographiques, inspection d’infrastructures offshore, détection de pollution, recherches suite à des crashs, surveillance, guerre des mines… Les drones maritimes peuvent avoir de nombreuses applications civiles et militaires, notamment s’ils sont employés de manière groupée et coordonnée sur plusieurs dimensions. Des concepts de meutes de drones sont en cours de développement mais, pour l’heure, il s’agit essentiellement de formations prédéfinies articulées autour d’un engin « maître » sur lesquels les autres véhicules sont asservis. L’étape technologique suivante consistera à pouvoir déployer dans différents milieux (sous, sur et au-dessus de la mer) une flottille dont chaque membre, grâce aux progrès réalisés en matière d’intelligence artificielle, disposera d’un très haut degré d’autonomie décisionnelle, pourra interagir avec les autres et faire face, de manière indépendante ou coordonnée, à tout type de situation et aléas afin de mener à bien sa propre mission comme celle du groupe.

De la dissuasion nucléaire à la robotique navale

C’est dans ce domaine que travaille actuellement l’Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA). Créé en 1946 en même temps que le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) afin de développer un porteur pour la dissuasion française, cet organisme public de recherche est surtout connu pour son activité dans les domaines de l’aéronautique et du spatial. Mais on le sait moins, il travaille aussi dans le maritime. Alors qu’on lui doit par exemple l’ingénieux système de compensation de gîte (SATRAP) du porte-avions Charles de Gaulle ou encore les lois de guidage des sous-marins nucléaires, l’ONERA planche aussi sur la robotique navale, et cela depuis 1998. Comme pour d’autres sujets, l’office travaille sur des programmes de recherche amont et dérisque les technologies qui peuvent ensuite être industrialisées.

« Il y a 20 ans, nous étions sur du mono-drone, avec un véhicule pour une mission. En 2006, au travers d’études pour la Direction Générale de l’Armement (DGA), nous avons réalisé une première mission autonome avec leur drone sous-marin expérimental de guerre des mines (Redermor). Depuis 2007, nous développons des projets multi-drones autonomes et coopérants », explique Magali Barbier, ingénieur experte en robotique navale à l’ONERA. L’autonomie n’est ici pas une question d’heures de fonctionnement ou de distance franchissable, mais de capacité à agir de manière indépendante. D’abord en disposant d’un engin capable d’évoluer en mer en tenant compte des obstacles et courants. S’y ajoute ensuite l’autonomie de mission, partie la plus complexe, qui permet de rendre ces véhicules sans pilote de plus en plus intelligents.

Le programme européen SWARMs

Dans ce cadre, l’ONERA est notamment engagé dans le projet Smart and Networking Underwater Robots in Cooperation Meshes. Démarré en juillet 2015 dans le cadre du programme européen H2020, SWARMs réunit 30 partenaires d’une demi-douzaine de pays et porte sur la mise en œuvre combinée de drones de surface (Unmanned Surface Vehicle – USV), drones sous-marins (Autonomous Underwater Vehicle – AUV) et robots télé-opérés (Remoted Operated Vehicle – ROV).

« L’objectif est de disposer pour une mission donnée de différents types de drones complémentaires, certains semi-autonomes, d’autres télé-opérés, en surface et sous la mer. On joue la complémentarité de ces véhicules pour les interventions offshore, avec comme objectif de recourir le moins possible à l’intervention d’opérateurs », précise Magali Barbier. Les AUV peuvent ainsi assurer des missions de détection et réaliser des mesures, alors que les USV servent de relais de communication, de moyens de surveillance et de mesure, les ROV étant chargés des interventions. Plusieurs missions sont étudiées dans SWARMs (surveillance d’infrastructure, de l’environnement, intervention sur constructions…), missions toujours périlleuses, leur réalisation par une équipe de drones permettant d’éloigner l’homme du danger.

Développer une architecture décisionnelle embarquée

Au sein de SWARMs, l’ONERA est responsable du développement de l’architecture décisionnelle embarquée (Robot System Onboard Architecture RSOA), dont une version réduite a été implémentée lors d’une campagne d’essais en mer qui s’est déroulée au mois de juillet en Roumanie. Elle a impliqué deux ROV et un USV, ce premier prototype ayant également été validé par simulation avec une flottille virtuelle de 8 robots réalisant une mission de surveillance de zone. L’architecture logicielle générique intègre la fonction de planification des tâches (reçues depuis une station terrestre ou maritime) traduites en actions, celle de supervision de ces actions, et enfin celle de monitoring de l’état du véhicule et de l’environnement. « L’architecture permet aux véhicules de réagir en temps réel à des événements modifiant le plan courant, comme un défaut de propulsion, une perte de capteur, un courant trop fort… L’objectif de l’autonomie est qu’en cas de problème, le drone ne revienne pas systématiquement à sa base. Si par exemple il se perd, l’engin sait qu’il doit remonter à la surface et rétablir son positionnement avec un système GPS, ou se repérer sur des amers ou une épave posée sur le fond, ou encore communiquer avec un autre drone. Mais les aléas peuvent être aussi bien négatifs que positifs. Prenons le cas d’une mission de recherche d’épave. Si une remontée de polluant est détectée en surface, le ou les drones chargés de l’exploration sous-marine peuvent alors être alertés et se replacer sur une nouvelle zone de recherche. Dans tous les cas, les engins doivent prendre en compte les situations nouvelles et réagir en fonction, qu’il s’agisse des situations qu’ils rencontrent eux-mêmes ou des informations qui leur sont transmises par l’opérateur ou d’autres drones ». Avec en ligne de mire, in fine, un vrai travail coopératif entre les véhicules, qui pourront par exemple, en cas d’empêchement de l’un des engins, se reconfigurer entre eux de manière autonome et, ainsi, se suppléer pour remplir les missions qui leur sont confiées.

On notera que dans le cadre des drones sous-marins, le développement de l’intelligence artificielle et donc de l’autonomie offre non seulement des intérêts opérationnels évidents, mais aussi une réponse très intéressante aux limites des communications sous la mer. Dans ce milieu, les transmissions, acoustiques, ont en effet une portée et un débit bien moindre que les liaisons aériennes. Quant à la capacité à demeurer longtemps en mer, en plus des engins existants, dont le fonctionnement se calcule en heures ou jours, l’avenir passera aussi par les planeurs sous-marins, capables d’opérer pendant des semaines voire des mois, en remontant régulièrement à la surface pour transmettre des informations.

Le prototype complet testé en Norvège l’an prochain

L’ONERA, qui a déjà mené à bien des programmes multi-drones dans les domaines aériens et aéroterrestres, avec l’emploi combiné d’engins dotés chacun de leur intelligence embarquée, travaille donc pour faire de même dans le milieu plus complexe du maritime, qui mêle différents environnements.

Concernant SWARMs, après des premiers essais validant les concepts et les choix techniques du projet (pour la perception, la communication, la décision répartie entre le centre opérateur et les drones…), la première démonstration s’est donc déroulée cet été en Roumanie autour d’une mission axée sur de la cartographie et du recueil de données. Pour ces tests, il y avait en mer les trois types de véhicules, doublés comme on l’a vu d’une simulation numérique avec une configuration multi-drones. « Nous avons simulé le déploiement simultané de 8 AUV et lancé la mission, avec un environnement virtuel complet et différents aléas déclenchés pour vérifier que l’architecture décisionnelle embarquée réagissait bien aux problèmes susceptibles d’exister en cours de mission. La simulation est essentielle avant d’aller en mer mais il y a un pas technologique à franchir et on ne peut pas évaluer complètement les performances du système sans passer par des conditions réelles et opérationnelles. Certains éléments, comme les variations des courants marins, sont par exemple difficiles à intégrer ».

D’où l’intérêt de la troisième campagne, prévue en mai 2018 au large de Trondheim, en Norvège. Le prototype complet de SWARMs sera mis en œuvre, avec normalement 6 drones, dont des AUV et USV de l’institut norvégien NTNU, pour une mission de détection de pollution et de localisation sa source.

SOURCE

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