[H/F] Offre de thèse en "Planification et contrôle d’une équipe multi-robots aérienne en collaboration

Sujet de thèse :
L’un des objectifs de la robotique est de développer des systèmes autonomes capables d’assister les humains dans des tâches difficiles, pénibles ou dangereuses, en particulier dans des environnements difficiles d’accès tels que les grandes hauteurs, l’espace ou les zones exposées aux radiations. Dans cette optique, les robots doivent être capables non seulement d’observer leur environnement, mais aussi d’agir et d’interagir avec celui-ci en exerçant des forces. Dans ce contexte, certains scénarios montrent les limites des robots mobiles terrestres lorsqu’ils évoluent sur des terrains accidentés ou face à des structures élevées. Pour surmonter ces difficultés, les véhicules aériens (drones) constituent une solution efficace. Malheureusement, les drones ne peuvent actuellement transporter qu’une charge utile limitée, et la complexité des tâches impliquant une interaction physique exige souvent l’utilisation de plusieurs robots pour pallier cette contrainte [1]. Enfin, malgré les récents progrès considérables en automatisation, informatique et apprentissage automatique, les robots présentent encore de nombreuses limites, notamment cognitives, et ne peuvent accomplir seuls la vaste gamme de tâches réalisables par les humains. C’est pourquoi ce projet de thèse proposera de nouvelles méthodologies de planification et de commande permettant à un système multi-agents — composé de robots aériens et d’un opérateur humain — de réaliser des tâches nécessitant des interventions physiques (par exemple, l’installation d’une antenne en hauteur). Les robots prendront en charge l’exécution physique tandis que l’opérateur humain interviendra pour les décisions de haut niveau et certaines interactions fines. Pour garantir la sécurité de l’opérateur, celui-ci contrôlera les robots à distance.

Pour atteindre un tel objectif ambitieux, des avancées sont nécessaires dans plusieurs domaines : (i) la modélisation, afin de disposer d’une représentation précise du robot, de l’environnement et de leurs interactions (par exemple, les échanges de forces) ; (ii) la planification, pour définir les mouvements et les forces d’interaction nécessaires à l’accomplissement d’une tâche donnée ; (iii) la commande, pour traiter les retours force/mouvement de façon à agir vers le résultat désiré tout en préservant la stabilité et la sécurité du système ; et enfin (iv) la collaboration humain–multi-robots, afin de permettre une interaction intuitive avec l’humain et de l’informer sur les intentions du robot et l’état de la tâche.

Le système envisagé sera composé de robots aux capacités sensorielles et motrices complémentaires : (i) une équipe principale de drones, chargée de transporter un objet de manière collaborative ; (ii) un manipulateur aérien (c’est-à-dire un drone muni d’un bras robotique), dont l’effecteur sera contrôlé par l’humain ; (iii) une équipe de drones de soutien, chargée d’assister la mission (par
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