Robotique au Canada

La robotique est la branche de l’ingénierie qui traite des robots. Ces derniers sont définis comme des dispositifs manipulateurs multifonctionnels reprogrammables, conçus pour déplacer des objets et réaliser des tâches grâce à différents mouvements programmés. Le domaine de la robotique inclut la conception, le design, la fabrication et le fonctionnement de tels dispositifs. La robotique recoupe de nombreuses autres disciplines de l’électronique et de l’ingénierie, notamment l’intelligence artificielle (IA), la bioingénierie, l’informatique, la mécatronique (l’ingénierie des systèmes électriques et mécaniques) et les nanotechnologies. À la fin du 20e siècle, le Canada s’est distingué sur le terrain avec l’élaboration du Canadarm, un bras manipulateur conçu pour les missions spatiales. Malgré les défis posés par la concurrence sur le marché international, les entreprises, les instituts et les chercheurs canadiens sont maintenant des chefs de file mondiaux dans le développement d’applications de l’IA pour la robotique.





Canadarm
Déploiement du satellite SPAS-ORFEUS pendant la mission STS-51/Discovery. 16 septembre 1993.
(Avec la permission de NASA/Wikimedia Commons)

Contexte

Depuis la nuit des temps, les êtres humains se sont efforcés de concevoir des machines capables d’exécuter certaines tâches à leur place. Avec l’émergence de la métallurgie de précision au Moyen Âge, des artisans de diverses cultures ont commencé à concevoir des machines automatiques (également appelées automates) capables d’imiter, quoique de manière limitée, certains comportements humains (voir Intelligence artificielle : Contexte historique).

Le terme robot est utilisé pour la première fois par l’écrivain tchèque Karel Capek en 1921 dans la pièce R.U.R. Rossumovi univerzální roboti (traduite en français sous le titre R.U.R Les Robots universels de Rossum), une satire d’une société mécanisée qui voit les automates, que Rossum a créés avec son fils pour servir l’Humanité, échapper à leur contrôle avec des conséquences désastreuses.

En 1940, le terme figure dans la nouvelle Robbie de l’auteur de science‑fiction Isaac Asimov. Avec son ouvrage de 1950 I, Robot, un recueil de nouvelles déjà publiées, dont « Robbie », pouvant se lire indépendamment tout en étant reliées entre elles, Isaac Asimov va exercer une influence directe sur plusieurs des orientations et des concepts de la robotique moderne.

L’année de la publication de Robbie, le brevet du premier robot industriel est accordé à l’ingénieur Willard L. G. Pollard pour une machine de peinture au pistolet. On considère généralement l’ingénieur Joseph Engelberger (1925‑2015) comme le père de la robotique en Amérique du Nord. Son entreprise, Unimation, introduit le bras robotique dans le secteur de la construction automobile en 1961.

Histoire de la robotique au Canada

Automate musical

Fille jouant avec Polichinelle, Léopold Lambert, vers 1890. Don de Mme H. Beard, M973.156.1.1-3. (© Musée McCord)

Canadarm2

Le Canadarm2 après son installation sur la Station spatiale internationale; par l'astronaute de l'ASC Chris Hadfield et l'équipage de STS-100/6A .

(avec la permission de l’ Agence spatiale canadienne)

Bien avant que les robots ne soient utilisés dans l’industrie canadienne, les colons avaient apporté des automates fabriqués par des artisans européens, notamment une poupée mécanique, créée par Léopold Lambert vers 1890, conservée dans la collection du Musée McCord à Montréal.

L’un des premiers robots industriels à être pleinement opérationnel en Amérique du Nord aurait été installé dans une usine de confiserie à Kitchener, en Ontario, au début des années 1960.

Le Canadarm est, sans conteste, la contribution canadienne la plus célèbre à la robotique. Il s’agit d’un télémanipulateur, capable de résister aux fortes radiations de l’espace, utilisé, pour la première fois, en 1981, par l’équipage de la navette spatiale de la NASA Columbia. Lors de missions suivantes, les astronautes se servent de Canadarm pour construire, à distance, ce qui va devenir la Station spatiale internationale (SSI).

Le Canadarm s’appuie sur une technologie élaborée par la société d’ingénierie de Toronto, Dilworth, Secord, Meagher and Associates (DSMA Atcon) dans les années 1970. DSMA Atcon avait mis au point un robot doté d’un câblage électronique blindé capable de charger du combustible dans des réacteurs CANDU construits au Canada, sans que les ingénieurs soient soumis aux intensités de rayonnement élevées présentes dans les réacteurs opérationnels (voir également Centrales nucléaires).

Pendant près de 40 ans, les Canadarm d’origine ont été déployés à bord des différentes navettes spatiales américaines, le Canadarm2 étant actuellement embarqué à bord de la SSI, où il assure d’importantes fonctions pour que la station reste opérationnelle.

Le saviez‑vous?
Le Canadarm2 a fixé et démonté divers modules de la SSI. Il peut également amarrer et désamarrer des modules de transport, habités ou non, capturer et libérer des navettes spatiales et guider les astronautes lors des marches spatiales.


La société à l’origine du Canadarm2, anciennement connue sous le nom de MacDonald, Dettwiler and Associates (MDA), devenue aujourd’hui Maxar Technologies, espère créer un nouveau Canadarm amélioré intégrant des technologies sophistiquées d’intelligence artificielle (IA). Ce nouveau bras, dont la réalisation est soumise à un financement du gouvernement fédéral, ferait partie du projet LOP‑G (Lunar Orbital Platform‑Gateway) de la NASA, une station spatiale en orbite lunaire. Début mars 2019, le gouvernement a promis 1,9 milliard de dollars sur 24 ans pour financer ce Canadarm de troisième génération. Son engagement pourrait ouvrir la porte au financement de nouvelles technologies robotiques.

Vue d'artiste du concept de système robotisé intelligent du Canada pour la station spatiale lunaire Gateway

Vue d'artiste du concept de système robotisé intelligent du Canada arrimé à la petite station spatiale Gateway en orbite autour de la Lune.

(Sources : Agence spatiale canadienne, NASA)

Usages contemporains des robots au Canada

Contrairement à l’imagerie populaire véhiculée par la science‑fiction, les vrais robots sont essentiellement des manipulateurs industriels, c’est‑à‑dire des bras et des mains pilotés par ordinateur. Ils sont fréquents dans les secteurs de l’automobile et de la fabrication, où ils sont notamment utilisés pour le soudage à l’arc, le soudage par points et la peinture au pistolet. Outre la prise en charge de tâches trop dangereuses ou trop répétitives pour intéresser les humains, ils transportent également des matériaux dans les usines et dans les hôpitaux. Dans un contexte où ils remplacent des travailleurs dans un nombre de plus en plus grand de fonctions, les robots sont souvent tenus pour responsables du chômage croissant.

Les robots effectuent des tâches d’exploration et d’exploitation dans des milieux dangereux, notamment l’espace lointain, les fonds marins et les mines souterraines. Les robots présents dans le secteur de l’exploitation minière sont des véhicules automatisés généralement utilisés pour accéder à des endroits dangereux et les explorer. Ils servent également à creuser, puis à charger et à transporter différents matériaux.

Mais les robots ont des applications allant au‑delà de la fabrication, de la logistique et de l’exploration. Par exemple, plusieurs musées dans le monde conduisent des expériences de visites guidées robotisées. À l’été 2014, deux professeurs canadiens et leurs équipes de recherche ont envoyé HitchBOT, un robot auto‑stoppeur, faire un voyage dans tout le pays. L’année suivante, HitchBOT a été acquis par le Musée des sciences et de la technologie du Canada. Les robots peuvent être utilisés pour préparer et servir de la nourriture, bien que de telles applications soient encore rares dans le secteur de la restauration au Canada.

On s’attend à ce que les robots prolifèrent au cours de la prochaine décennie, en grande partie grâce à la robotique domestique (par exemple les aspirateurs), aux voitures autonomes et à la croissance des applications interconnectées de l’« Internet des objets » (voir également L’informatique et la société canadienne).

Robots
Soudage robotique sur une chaîne de montage d'automobiles à l'usine Ford d'Oakville en Ontario.

Recherches actuelles en robotique au Canada

Bien que menée par un nombre relativement restreint de chercheurs, la recherche canadienne actuelle en robotique dans les universités, l’industrie et les laboratoires gouvernementaux bénéficie d’une excellente cote. Montréal est généralement considérée comme un centre d’excellence de renommée internationale en robotique et en IA. Toronto bénéficie d’une réputation pratiquement à la hauteur de celle de la métropole québécoise. Les deux villes doivent leur renommée à une main‑d’œuvre locale extrêmement bien formée et à une importante présence d’universitaires et de chercheurs encourageant les partenariats de financement entre les universités canadiennes et les entreprises technologiques internationales.

Le succès du Canada dans ce domaine s’explique notamment par les financements octroyés par différents organismes gouvernementaux. Le modèle de partenariats public‑privé en matière de sciences et d’innovation permet d’étendre les capacités de mobilisation de fonds au‑delà des limites habituelles du monde universitaire et de la recherche en autorisant le secteur privé à s’associer avec le gouvernement. Dans leur examen des sciences et de la technologie de 1994, les libéraux du premier ministre Jean Chrétien ont été les premiers à définir les contours d’un engagement du gouvernement fédéral à financer des partenariats public‑privé. Peu de temps après, cette vision s’est matérialisée en une politique fédérale. Les partenariats public‑privé sont traditionnellement dirigés sur de grands programmes d’infrastructure et sur des investissements dans des actifs matériels; l’axe privilégié par le Canada en la matière, à savoir la recherche et développement, est donc relativement unique.

Défis de la robotique commerciale au Canada

Le leadership du Canada, en matière de recherche et de développement dans le domaine des technologies robotiques, ne se traduit pas nécessairement par une domination de notre pays sur le marché. En 2018, parmi les 21 plus grandes entreprises de robotique industrielle au monde, aucune n’est canadienne, bien que plusieurs d’entre elles aient des succursales au pays. L’insuffisance des protections légales, notamment en matière de propriété intellectuelle, dont bénéficient les inventions canadiennes favorise leur cooptation, à leurs propres fins, et leur exportation par des organisations internationales bien financées.

Par exemple, en 2017, le président de la société mère de Google, Alphabet, remercie publiquement le premier ministre Justin Trudeau pour les innovations en matière d’IA financées par l’État canadien que sa société utilise désormais « dans l’ensemble de ses activités » comme « moteur majeur de son succès ».

Le programme Canadarm sert également d’étude de cas sur cet enjeu. En effet, s’il est vrai que ce programme a débouché sur diverses applications médicales et industrielles pertinentes, il n’en demeure pas moins que les entreprises canadiennes concernées n’ont, par la suite, jamais acquis, dans ce domaine, une position dominante notable sur le marché international. MDA, le principal entrepreneur du Canadarm, a même fini par adopter une nouvelle raison sociale et par s’installer aux États‑Unis sous le nom de Maxar Technologies. La nouvelle société a ainsi pu soumissionner pour des contrats du gouvernement américain liés à la robotique exigeant que la technologie proposée provienne de sociétés détenues par des capitaux américains et exploitées aux États‑Unis.

IA et robotique contemporaine au Canada

De nos jours, le développement de nouvelles applications d’IA constitue la source de croissance la plus importante de l’industrie canadienne de la robotique. Des applications logicielles basées sur l’intelligence artificielle sont de plus en plus souvent utilisées comme mécanismes de commande pour la fabrication et pour les équipements robotiques. Grâce à ces logiciels, les machines sont en mesure d’apprendre de nouveaux processus, augmentant ainsi la souplesse et l’utilité des équipements concernés.

Le Canada finance et soutient des pionniers de l’IA tels que Yoshua Bengio de l’Université de Montréal et de l’Institut québécois d’intelligence artificielle ou Mila, Yann LeCun de Facebook, et Geoffrey Hinton de l’Institut Vecteur de l’Université de Toronto et de Google.

Photographie de trois chercheurs en apprentissage profond

De gauche à droite : Rich Sutton, Geoffrey Hinton et Yoshua Bengio à l'occasion d'une discussion en group à Toronto (Ontario) en 2016. (Avec la permission de Steve Jurvetson/flickr, CC)

Ces chercheurs, ainsi que d’autres scientifiques de renommée internationale, attirent, à leur tour, de nombreux étudiants et investisseurs étrangers dans les laboratoires de recherche sur l’IA au Canada. En 2017, l’entreprise Element AI, ayant notamment des bureaux à Montréal, à Toronto et à Londres au Royaume‑Uni, réussit, par exemple, à décrocher un investissement en capital de 102 millions de dollars américains sous la houlette de la société de capital‑risque Data Collective basée à San Francisco. Elle compte utiliser ces fonds pour déployer une série d’applications logicielles d’IA dans les domaines de la robotique, de la finance, du transport, de la fabrication, de la cybersécurité et de la logistique. La société a également reçu des financements par l’intermédiaire du conglomérat Tencent Holdings, basé en Chine, et d’Intel, le célèbre fabricant de microprocesseurs de la Silicon Valley en Californie.

On peut citer, comme exemple de partenariat public‑privé dans la recherche en IA, l’IBM Innovation Space à Toronto. Cette initiative, financée, à hauteur de 54 millions de dollars, par IBM, par les Centres d’excellence de l’Ontario et par le gouvernement de l’Ontario, vise à stimuler l’innovation dans les secteurs des soins de santé, des ressources naturelles et des services financiers. Cet incubateur offre actuellement des possibilités de réseautage, de financement, de mentorat, d’expertise sectorielle et de services de soutien à 13 jeunes pousses innovantes spécialisées dans l’IA et la robotique.

Sun Life, Adobe, LG et TD Bank, tout comme l’Institut canadien de recherche appliquée (CIFAR), ont également des activités dans ce secteur. Le CIFAR compte plus de 400 chercheurs, boursiers, universitaires et conseillers répartis dans 22 pays. En 2017, le gouvernement canadien choisit cet institut de recherche, en partenariat avec le Mila, l’Alberta Machine Intelligence Institute (Amii) et l’Institut Vecteur, pour diriger la Stratégie pancanadienne sur l’intelligence artificielle, une initiative dotée de 125 millions de dollars. Étant donné l’intégration croissante de l’IA et de la robotique, le plan stratégique conçu pour stimuler l’IA au Canada profitera à l’industrie de la robotique au pays.

Alberta Machine Intelligence Institute

Marlin Schmidt, ministre de l’éducation supérieure en Alberta (à gauche) et Rachel Notley, ancienne première ministre (à droite) font la démonstration du bras robotique Bento de l’Alberta Machine Intelligence Institute (Institut d’intelligence artificielle de l’Alberta). Photographie par Chris Schwarz/Gouvernement de l’Alberta, 2018. (Avec la permission de la première ministre de l’Alberta/flickr CC.)

(Avec la permission de la première ministre de l’Alberta/flickr CC.)

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