Au sein de l'unité de recherche TSCF, l'équipe ROMEA, basée à Aubière, mène des recherches en robotique pour le développement d'engins autonomes en milieux naturels, capables d'accompagner la transition écologique de l'agriculture. Les enjeux de ce domaine sont importants puisque le déploiement de principes agroécologiques comme alternative à l’usage des pesticides requiert un travail plus précis et régulier. Ce besoin intervient alors même que la pression sur la main-d’œuvre est considérable et la pénibilité des métiers agricoles importante. Le maintien des niveaux et de la qualité de production constitue également une contrainte. Le déploiement de robots, capables de réaliser des travaux agricoles de manière autonome, émerge ainsi comme un moyen de concilier ces paradoxes en assurant la réalisation de tâches difficiles et répétitives.

Le développement de tels robots nécessite toutefois de pouvoir garantir un haut niveau de précision et de sécurité, malgré la diversité des situations rencontrées, les incertitudes dans les interactions entre les robots et l'environnement, et la multiplicité des tâches à accomplir. En outre, la nature des travaux à réaliser dans le domaine agricole requiert la coopération avec l'Homme et implique que les robots puissent s'adapter aux actions humaines.

Aussi, l’équipe développe des approches de perception et de commande permettant aux robots de s'adapter à leur environnement de façon sûre, quel que soit le contexte d'évolution. Pour ce faire, les travaux menés au sein de ROMEA couvrent différents aspects, allant du développement de nouveaux capteurs pour la caractérisation des interactions entre le robot et son environnement, jusqu'au développement d'algorithmes de reconfiguration de comportements robotiques, en passant par la coopération de robots avec l'humain, et le contrôle de manipulateurs mobiles.

Cette diversité des disciplines couvertes par l'équipe est nécessaire pour que les robots puissent constituer un levier déterminant pour l'évolution de l'agriculture, et s'intégrer à de nouveaux itinéraires culturaux. ROMEA contribue notamment à différentes thématiques scientifiques :

• La perception et la caractérisation de l'interaction d'un engin dans son environnement (matériel et humain). Ce domaine comporte deux actions. Une première concerne la modélisation du comportement des machines et de l'interaction avec l'utilisateur. La seconde est focalisée sur la perception, à des fins de localisation et de représentation de l'environnement.
• Le maintien de l’intégrité des robots intervenant en milieux naturels. Il s’agit de pouvoir non seulement de détecter des situations dangereuses (diagnostic de fautes, risques de renversement), mais également de les anticiper pour les éviter. (évitement de zones non-traversables/obstacles...)
• La commande des déplacements et le partage d'autonomie avec l'opérateur. Il s'agit dans ce volet de développer des algorithmes avancés de commandes ou d'assistance, en prenant en compte le contexte d’évolution, afin d’adapter le comportement robotique.
• Le contrôle de manipulateurs mobiles, notamment en milieux tout-terrains. Cet axe vise à synchroniser les actions d’outils embarqués avec la navigation autonomes afin de réaliser des travaux en interaction avec le sol ou la végétation.

Les avancées obtenues dans le cadre de ces recherches sont illustrées au travers de plusieurs comportements robotiques élémentaires comme le suivi de trajectoire, le maintien d'intégrité, le contrôle de robots en formation. Ces développements, effectués en relation avec les acteurs de la recherche et de l'industrie, sont principalement appliqués aux agroéquipements. Ils sont éprouvés en situations réelles sur plusieurs démonstrateurs aux propriétés très différentes (petits robots, tracteurs électriques, prototypes poly-articulés).

Les recherches actuelles visent maintenant à pouvoir sélectionner et pondérer ces différents modes de commande en temps réel pour accroître les capacités d'adaptation. Ceci suppose de pouvoir analyser en temps réel la situation et l'état du robot. Ceci permet en outre de détecter d'éventuels dysfonctionnements et le cas échéant, de solliciter une intervention humaine. Enfin, cette adaptation accrue s'applique également aux outils, afin de pouvoir optimiser les travaux réalisés et l'adapter en fonction des besoins et contraintes agronomiques.

Le savoir-faire de l’équipe dans le domaine de la robotique mobile en milieux peu structurés est également valorisé auprès d'autres domaines d'activités. En effet, la dynamique instaurée avec ses partenaires universitaires privilégiés (Laboratoire d'Excellence IMobS³, LamiH…) et sa proximité avec certaines entreprises sont de nature à étendre le spectre d'applications et les retombées de certaines méthodes à caractère plus général. Des projets récemment lancés dans les domaines de la mécanisation de l'exploitation forestière ou de la surveillance de personnes autour de machines ou de la défense, en relation étroite avec des partenaires industriels en sont des illustrations.

Réseaux et partenaires

L'équipe ROMEA ambitionne de contribuer à la production de connaissance, tout en ayant à cœur de proposer des solutions efficientes aux problèmes très concrets rencontrés par les utilisateurs dans les domaines de l'environnement et de l'agriculture. À ce titre, l'équipe interagit avec de nombreux partenaires, que ce soient des partenaires académiques institutionnels, ou industriels.

Tout d'abord, ROMEA s'investit dans l'animation de la recherche et est à ce titre membre du groupe de travail (Robotics in Agriculture de l'association IEEE – RAS Society). Elle anime en outre l'axe véhicule autonome terrestre du GdR (Groupe de Recherche) Robotique et participe au GdR MACS. Cette animation trouve ses fondements localement, puisque l'équipe s'investit dans l'animation du Labex IMobS³ sur le campus de Clermont-Ferrand.

Ainsi, les liens scientifiques sont particulièrement forts avec l'Institut Pascal (IP), partenaire avec lequel l'équipe a mené de nombreux projets. Au-delà des laboratoires avec lesquels ROMEA travaille dans un cadre formel à l'échelle internationale (Univ Western Australia, QUT, Université de Bologne...) ou nationale (ISIR, LAAS, LSIS, Xlim…), l'équipe s'attache à rester en lien avec les nombreux laboratoires sur la thématique de la navigation autonome de robots mobiles (CEA-List, Irccyn, ENSMP, …).

L'équipe maintient également des liens formels et informels avec les institutions, représentatives des intérêts sociétaux (ministère de l'Agriculture, CCMSA…) ou des intérêts industriels (Cetim, Axema, …), et s'investit dans les pôles de compétitivité, en particulier dans le pôle Cimes "Creating Integrated MEchanical Systems".

Elle participe activement à la structuration d'une filière nationale de robotique agricole en s'investissant pleinement dans l'association RobAgri. Elle co-coordonne également plusieurs actions au sein du DIH AgROBOFood.

Enfin, ROMEA travaille également avec des partenaires privés, comme des constructeurs « historiques » (Poclain Hydraulics, Michelin, Agco). Elle participe également activement à l'innovation, en soutenant l'émergence d'entreprises innovantes (Effidence, 4D Virtualiz), ou en collaborant avec elles (SabiAgri, SITIA, ou encore AgreenCulture…).