S7 Systèmes artificiels et robotisés

Topique

Ce système de perception artificielle met en œuvre des principes physiques analogues à ceux des systèmes biologiques, bien que par le biais de technologies et de plages de fonctionnement différentes. Un appareil photo numérique est l'analogue artificiel le plus direct d'un œil : sa limite fondamentale inclut le bruit de grenaille, dû à la nature statistique et discrète des photons atteignant chaque pixel, similaire à la limite établie par un autre modèle de cet ensemble pour une rétine biologique. Les capteurs scientifiques à haute sensibilité peuvent atteindre un rendement quantique très élevé et détecter des signaux correspondant à un très petit nombre de photoélectrons. Lorsqu'un pixel reçoit un plus grand nombre de photoélectrons, le rapport signal/bruit de grenaille s'améliore approximativement par la racine carrée de ce nombre.

Le LiDAR, quant à lui, est un analogue artificiel de l'écholocation, tel qu'établi par un autre modèle de cet ensemble : il émet une impulsion laser vers un objet et mesure le temps que met son reflet à revenir. Sa résolution angulaire est limitée par des facteurs tels que la diffraction et l'ouverture optique, tandis que sa résolution spatiale dépend de la précision avec laquelle le temps de vol peut être déterminé. Une mesure plus précise des impulsions et du temps permet de détecter des différences de distance de plus en plus faibles, faisant du LiDAR une technologie essentielle pour la perception tridimensionnelle des systèmes autonomes.

Le radar utilise des ondes électromagnétiques et sa portée dépend de facteurs tels que la puissance émise, le gain de l'antenne, les pertes de propagation et la surface équivalente radar de l'objet. En raison de la forte dépendance du niveau du signal reçu à la distance, une augmentation significative de la portée peut nécessiter d'importantes augmentations de puissance ou d'autres améliorations du système. Un radar à synthèse d'ouverture (SAR), quant à lui, exploite le mouvement de sa plateforme pour combiner de manière cohérente des observations provenant de différentes positions et synthétiser une ouverture beaucoup plus grande que l'antenne physique. L'augmentation de l'ouverture synthétique effective permet, dans les limites du système, d'améliorer la résolution spatiale.

La fusion des données d'une centrale inertielle et d'un récepteur de positionnement par satellite à l'aide d'un filtre de Kalman étendu est une méthode courante pour la navigation autonome. La centrale inertielle fournit des informations à haute fréquence, mais son erreur se dégrade progressivement avec le temps, de manière comparable au comportement des capteurs vestibulaires, comme décrit dans un autre modèle de ce système. Le récepteur satellite, quant à lui, fournit une référence de position absolue, généralement à une fréquence plus basse et affectée par son propre bruit. Le filtre combine les deux sources pour estimer en continu l'état du système. L'accumulation d'une dérive plus importante de l'unité de mesure inertielle (IMU) entre les mises à jour satellitaires implique que chaque nouvelle observation externe induit une correction plus importante de l'estimation, en fonction des incertitudes propres à chaque capteur.

Enfin, un réseau de neurones convolutif peut traiter les images produites par cette caméra à l'aide d'une hiérarchie artificielle comparable, sous certains aspects fonctionnels, à la hiérarchie visuelle corticale déjà établie par un autre modèle de cet ensemble. Les convolutions extraient des motifs locaux grâce à des filtres spatialement partagés, tandis que les couches successives construisent progressivement des représentations plus abstraites à partir des précédentes. Ainsi, des caractéristiques simples peuvent être combinées pour représenter des structures, des parties et, finalement, des objets complets. La plus grande profondeur et la capacité accrue de ce réseau pourraient lui permettre de construire des représentations plus complexes, à condition que son architecture, son entraînement et son jeu de données soient adaptés à la tâche.

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