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Robots 4IOT: vers un réseau moins fini et au delà

20 juin 2022 • Industrie du futur - Mobilité intelligente - Réseaux & IoT - Smart City

Les réseaux de télécommunications sont relayés par des infrastructures fixes qui assurent la connectivité avec les utilisateurs, mais leur absence dans certaines zones peut conduire à des signaux de télécommunication faibles où inexistants. Afin d’améliorer la couverture réseau sur l’ensemble du territoire, l’équipe de David Gesbert à EURECOM a élaboré une approche innovante: utiliser des robots volants qui servent de relais du signal en se positionnant de manière autonome et intelligente.

« Nous avons étudié comment les robots peuvent être utilisés comme des éléments mobiles et intelligents de l’infrastructure des réseaux de télécommunications » introduit David Gesbert, chercheur en communications et récemment nommé directeur d’EURECOM. Les réseaux cellulaires comme celui de la 5G sont organisés via des antennes relais qui sont placées par différents opérateurs sur des tours radio. Ces antennes assurent la connectivité avec les utilisateurs et les objets au sol. Cependant, certaines zones comme les milieux ruraux ou les endroits isolés se situent hors champ de couverture du réseau. Les infrastructures réseaux fixes peuvent également être endommagées par des intempéries.

Le projet Robots 4IOT conduit par David Gesbert à EURECOM a visé à étendre et à améliorer la couverture du réseau grâce à une approche qui utilise des relais radio mobiles. La stratégie de l’équipe consiste à placer des antennes relais sur des drones volants qui se déplacent de manière autonome et intelligente en fonction de la couverture du réseau. Ces robots se placent entre les tours radio terrestres et les utilisateurs ou les objets au sol plus éloignés pour assurer le service de connectivité. Le positionnement optimal des robots est calculé en fonction de l’environnement et de la propagation locale des ondes radio.

De l’algorithme au rythme

Mais comment ajuster la trajectoire d’un robot en temps réel dans un nouvel environnement ? L’idée fondamentale est que le robot décide où se placer de lui-même en se laissant guider par les mesures qu’il effectue. Les algorithmes intelligents par l’apprentissage automatique permettent de pressentir la direction du mouvement dans laquelle le robot pourra aller et récolter les informations qui sont le plus pertinentes par rapport à la tâche que ce robot est supposé accomplir.

 “Différentes approches qui utilisent des stratégies de construction d’algorithmes distincts sont possibles” explique David Gesbert. L’approche privilégiée par l’équipe s’appelle l‘apprentissage par renforcement. Elle consiste à fournir un minimum d’informations de départ au robot et à laisser l’algorithme apprendre en fonction des mesures effectuées de l’environnement au cours des trajectoires du drone. Ainsi, au fur et à mesure des mises en situation, le robot apprend la meilleure stratégie possible. “Ce type d’apprentissage est particulièrement utilisé dans le domaine du jeu, comme le jeu d’échecs ou le jeu de go, mais est encore peu employé dans le domaine de la robotique car cela est associé à des défis techniques et des prises de risques importantes” pointe le chercheur.

Une autre approche plus classique consiste à injecter des informations de départ aux algorithmes, dans le cas présent des cartographies en trois dimensions de l’environnement et de ses obstacles. Cela réduit le temps et l’énergie investie dans l’apprentissage, en revanche les robots ont ensuite moins de capacité à s’adapter à de nouveaux environnements ou à des changements qui peuvent y avoir lieu. “Nous privilégions l’apprentissage par renforcement mais nous injectons aussi des modèles qui sont suffisamment proches de la réalité afin de réduire le nombre d’hypothèses à tester” explique David Gesbert. Pour l’instant, les prototypes des robots sont assemblés par l’équipe et des tests d’optimisation de trajectoire sont effectués sur le campus d’EURECOM.

Cartographie et sensing : des axes de recherche pour la 6G

“Dans un deuxième temps, le cadre d’application de ce type de robots pourrait dépasser celui de l’optimisation du réseau de télécommunications” poursuit David Gesbert. Ils peuvent par exemple participer à la cartographie des lieux de manière détaillée en utilisant des modèles affinés de propagation des ondes, où la puissance des ondes réfléchies par les objets au sol reflète les différents obstacles et leur composition. Si certaines cartographies 3D existent déjà, cette approche permettrait d’améliorer leur niveau de détails. “Cela correspondrait en un travail d’optimisation pour prendre en compte les caractéristiques fines du terrain” pointe le chercheur. A leur tour, les données cartographiques qui affectent le champ radio peuvent être exploitées par le robot pour localiser de manière précise un objet rayonnant dans son environnement, comme un objet connecté ou un terminal utilisateur.

À terme, il est aussi envisageable que des robots volants possèdent différents types de capteurs embarqués comme des radars, des lidars ou des caméras, et que la fusion des données améliore d’autant plus le niveau de détails obtenus sur les environnements. Ces robots pourraient également être utilisés dans le déploiement d’un réseau d’Internet des Objets (IoT) en collectant différents types de données issus de capteurs. Par exemple, au fil de leur trajectoire, ils pourraient recueillir des données fournies par des capteurs placés sur des installations industrielles ou dans des villes connectées comme des données sur la pression, l’humidité ou la température. Ce type d’applications, appelé le sensing, fait partie des champs d’investigation pour la sixième génération de télécommunications mobiles.

Cette partie fait aujourd’hui l’objet de projets de prototypages à EURECOM.

EURECOM: une recherche partenariale pour l’industrie du futur

Fondée en 1991 sous forme de consortium associant des partenaires académiques et industriels, EURECOM est une école d’ingénieurs et un centre de recherche en sciences du numérique avec une forte vocation internationale. L’Institut Mines Télécom est membre fondateur du consortium. EURECOM déploie son expertise autour de trois grands domaines : Data science, sécurité numérique et réseaux du futur.

Ouvrir des voies nouvelles vers les technologies du futur et émergentes, privilégier les partenariats avec les entreprises pour favoriser le transfert des connaissances vers l’Industrie du Futur sont des axes stratégiques forts de la politique menée à EURECOM.

EURECOM est labellisé Carnot conjointement avec l’IMT depuis 2006 pour la qualité de sa recherche partenariale.

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