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drozBot, le robot portraitiste

drozBot fait actuellement partie de l'exposition Intelligence Artificielle: Nos Reflets Dans La Machine, au Musée de la Main UNIL-CHUV à Lausanne, du 1er avril 2022 au 30 avril 2023.

drozBot tire le portrait d'une personne en utilisant un stylo et une feuille de papier conventionnels. Il prend d'abord en photo la personne en cadrant son visage par reconnaissance de ses traits principaux (yeux, nez, bouche). Le portrait en format numérique est alors converti en un mouvement fluide mimiquant les gestes d'un artiste.

Cette installation aspire à explorer les frontières entre l'optimalité et l'aléatoire dans les applications d'intelligence artificielle (IA). En effet, les mécanismes d'apprentissage derrière l'IA font souvent appel à des processus aléatoires pour la recherche de solutions (échantillonnage stochastique lors de l'optimisation). Cette composante aléatoire derrière ces algorithmes d'apprentissage permet par exemple à un robot de trouver des solutions rapidement sans avoir à tester chaque option possible.

drozBot part d'un autre principe, en résolvant à la place un problème de contrôle optimal visant à déterminer les tracés à effectuer pour couvrir au mieux la feuille de papier selon chaque portrait à dessiner. Ce procédé de génération de traits ne fait pas appel à une génération aléatoire. Pourtant, le résultat apparaît comme telle, avec des tracés sous forme de gribouillis qui ne révèlent l'objectif global que lorsque le dessin est terminé. Ces gribouillis paraissent aléatoires en les regardant de près, mais sont en réalité optimaux, avec un résultat unique quant à l'objectif global donné au robot.

Pour atteindre cette capacité à dessiner, les objectifs du robot sont multiples. Il doit d'abord générer des gestes fluides, tout en contrôlant l'orientation et la pression du stylo sur le papier. Il doit ensuite définir une série de traits qui reproduisent les différents contrastes de l'image, en prévoyant des passages de traits plus nombreux dans les régions plus sombres de l'image, tout en réduisant le chemin total parcouru.

En observant le robot à l'oeuvre, les gribouillis semblent, au départ, dénués de sens. L'objectif global ne se révèle que lors de la progression du dessin, et la vue d'ensemble du portrait final fait disparaître l'apparence chaotique des premiers traits.





En robotique, cette technique s'appelle contrôle ergodique. Elle se démarque des approches standards de contrôle qui définissent la tâche à effectuer sous forme d'un point (ou une série de points) à atteindre précisément. Dans une approche de contrôle ergodique, à la place d'un point, une région à explorer est donnée comme consigne au robot. Le but du robot est alors de se déplacer pour parcourir cette région de manière optimale. Nous utilisons ces mêmes algorithmes dans nos travaux de recherche pour des tâches d'insertion dans des applications industrielles, ce qui permet au robot de compenser automatiquement les imprécisions de ses capteurs par un mouvement de recherche autour des points d'insertion.