Explorer la robotique: le défi du labyrinthe

Les Ingéniaux continuent de développer des ateliers de robotique pour jeunes: des expériences ludiques pour découvrir le monde de la technologie. Cette fois, on a décidé d’étudier le comportement d’un robot dans un labyrinthe.

Ce stage est conseillé comme un « niveau 2 » pour les élèves qui ont déjà fréquenté le stage Construis et programme un robot de course!

Pourquoi le labyrinthe est-il un sujet robotique intéressant?

Lorsqu’on se trouve dans un labyrinthe, comment faisons-nous pour nous en échapper? La réponse à cette question n’est pas forcément évidente!

Certains diraient « il faut toujours suivre un mur »; d’autres essaieraient d’utiliser une boussole pour se repérer; d’autres encore seraient moins « scientifiques », et tenteraient de suivre leur instinct et leur mémoire pour trouver une sortie…

De la même manière, lorsqu’on rencontre cette problématique en tant que roboticiens, nous sommes obligés de penser à plusieurs sujets:

  • de quelle manière pouvons-nous percevoir l’environnement (les murs, la sortie, d’éventuels marquages qui nous guideraient) ?
  • est-ce possible de calculer ou estimer notre position?
  • comment pouvons-nous savoir si nous sommes revenus sur nos pas?
  • face à un carrefour, quelle stratégie utiliser pour choisir notre voie?

Ce problème peut être très complexe! Pour le but pédagogique, nous avons décidé de le simplifier un peu. « Notre » labyrinthe ne possède que des murs à angle droit, et une grille de lignes noires sur le sol, afin d’aider le robot à se tenir à la bonne distance des murs latéraux.

Choix des capteurs

Premièrement: comme un humain, un robot a besoin de percevoir l’espace autour de lui.

De quoi a besoin notre robot pour « voir » et « sentir »?

Pour commencer, d’un capteur qui regarde vers l’avant et lui permette d’éviter de se cogner aux murs, puis d’un autre qui l’aide à suivre la ligne noire.

Rapidement, les élèves comprennent que ces deux seuls capteurs ne suffisent pas pour pouvoir mettre en place une stratégie efficace de sortie, car… le robot ne regarde pas autour de lui!

Les élèves commencent donc une réflexion, pour trouver quel composant serait le meilleur choix afin de permettre au robot d’identifier ses options, à chaque fois que plus d’un chemin est disponible. Meilleur, pour les ingénieurs, comme toujours, indique « efficace, simple, peu encombrant, économique »… ce qui rend la recherche plus compliquée et passionnante!

La localisation

Ensuite, on se rend compte que si le robot ne fait que suivre une ligne au sol, et ne pas se cogner aux murs, il va peut-être arriver à sortir du labyrinthe, mais… quasiment sans le savoir. Par hasard, en quelque sorte! Il n’y a rien qui lui permette de savoir où il se trouve (une fonction que les roboticiens appellent localisation).

Les élèves sont sensibilisés à cette problématique, qui paraît simple, mais recèle des technicités très intéressantes. Des méthodes sont proposées pour mettre en place une localisation dans ce contexte simplifié, et créer les bases pour des stratégies de sortie plus sophistiquées.

La stratégie

Quand le robot est enfin capable de connaître sa position et sa direction, on passe à la question la plus… ouverte. Comment sortir du labyrinthe?

Ici, la réflexion des élèves est assez libre et on les invite à formuler des hypothèses. Ensuite à les débattre, les mettre en pratique (dans leur code), puis d’en observer l’efficacité dans un cas réel. Obtient-on vraiment le comportement attendu? Y a-t-il des stratégies qui se montrent meilleures dans certains types de labyrinthe?

Ne pourrait-on pas faire en sorte que le robot « apprenne » de ses tentatives précédentes pour améliorer sa capacité à sortir du labyrinthe?

Cette démarche, mi théorique mi-expérimentale, est très stimulante. Elle permet à nos élèves de comprendre les nombreuses facettes d’un challenge technique…

En conclusion

Cet atelier de robotique pour jeunes, de 4 demi-journées, offre un contexte idéal pour se plonger dans des vraies réflexions d’ingénieur et de scientifique.

On effectue des tests « grandeur nature » avec un robot. Ainsi, la pratique permet de fonder les apprentissages sur une base expérimentale, et de retenir plus facilement les notions apprises.

Chez les Ingéniaux, on se demande déjà quel sera le prochain atelier de découverte de la robotique… les possibilités sont tellement vastes!

Avatar

Francesco

Fondateur des Ingéniaux!

Ajouter un commentaire