Robot ping-pong précis et rapide

Des ingénieurs du MIT entrent dans l’arène du ping-pong robotisé avec un modèle léger et performant, capable de renvoyer les balles avec une précision fulgurante.

Ce nouveau robot de tennis de table est doté d’un bras articulé fixé à une extrémité de la table, muni d’une raquette standard. Grâce à plusieurs caméras ultra-rapides et à un système de contrôle prédictif avancé, il calcule en temps réel la vitesse et la trajectoire de la balle, puis exécute l’un des types de coups — comme le topspin, le drive ou le chop — pour la renvoyer avec précision et effet vers une zone ciblée de la table.

Lors des tests, les ingénieurs ont lancé 150 balles à la suite depuis l’autre côté de la table. Le robot a réussi à en renvoyer environ 88 %, toutes techniques confondues. Sa vitesse d’exécution rivalise avec les renvois les plus rapides réalisés par des joueurs humains, et dépasse celle des autres robots de tennis de table existants.

Extension de l’amplitude de mouvement du robot pour une plus grande variété de coups et un meilleur potentiel commercial

L’équipe cherche désormais à étendre l’amplitude de mouvement du robot afin qu’il puisse gérer une plus grande variété de coups. Grâce à cette amélioration, les chercheurs estiment que le système pourrait devenir un acteur de poids sur le marché en pleine expansion des outils d’entraînement robotisés intelligents.

Au-delà du tennis de table, les chercheurs pensent que cette technologie pourrait améliorer la vitesse et l’agilité des robots humanoïdes, notamment dans des situations critiques comme les opérations de recherche et de sauvetage, où des réactions rapides et précises sont essentielles.

« Les défis que nous relevons — notamment l’interception rapide et précise d’objets — pourraient s’avérer utiles dans des contextes où un robot doit effectuer des mouvements dynamiques rapides et déterminer en temps réel où son effecteur doit rencontrer un objet », explique David Nguyen, doctorant au MIT.

Nguyen a coécrit l’étude avec Kendrick Cancio, également doctorant au MIT, et Sangbae Kim, professeur associé en génie mécanique et directeur du Biomimetics Robotics Lab du MIT. Ils présenteront leurs résultats ce mois-ci lors de la conférence internationale IEEE sur la robotique et l’automatisation (ICRA).

Le défi de construire des robots de ping-pong depuis les années 1980

Depuis les années 1980, les chercheurs s’attaquent au défi complexe de construire des robots capables de jouer au ping-pong — une tâche qui requiert une combinaison unique de technologies, notamment la vision à grande vitesse, des moteurs et actionneurs réactifs, un contrôle précis des bras robotiques, une prédiction en temps réel exacte et une planification stratégique du jeu.

« En matière de contrôle en robotique, on peut imaginer un spectre », explique Nguyen. « À une extrémité, il y a la manipulation — généralement lente et très précise, comme saisir un objet délicatement. À l’autre extrémité, il y a la locomotion, qui implique des mouvements dynamiques et la capacité à réagir aux perturbations. Le ping-pong se situe exactement au milieu : il exige la précision de la manipulation, mais avec les contraintes de vitesse des tâches dynamiques — comme renvoyer une balle en seulement 300 millisecondes. »

Les systèmes robotiques de ping-pong ont beaucoup évolué, avec des avancées notables chez des entreprises comme Omron et Google DeepMind, qui utilisent l’IA pour apprendre à partir de parties précédentes et s’adapter à une plus grande variété de coups et de styles de jeu. Ces systèmes avancés sont désormais suffisamment rapides et précis pour échanger la balle avec des joueurs humains de niveau intermédiaire.

Pour leur dernière conception, les chercheurs ont modifié un bras robotique léger et puissant initialement développé par le laboratoire de Kim dans le cadre du projet humanoïde du MIT — un robot bipède d’environ la taille d’un jeune enfant. Ce robot humanoïde est utilisé pour tester une variété de manœuvres dynamiques, comme la navigation sur terrain accidenté, les sauts, la course et même les saltos arrière, dans le but de déployer à l’avenir des robots similaires pour des missions de recherche et de sauvetage.

Amélioration des bras robotiques pour le ping-pong : plus de précision grâce à des degrés de liberté supplémentaires

Chaque bras du robot humanoïde comprend quatre articulations, ou degrés de liberté, contrôlés par des moteurs électriques. Cancio, Nguyen et Kim ont conçu un bras robotique similaire et l’ont adapté au ping-pong en ajoutant un degré de liberté supplémentaire au niveau du poignet, permettant un contrôle plus précis de la raquette.

L’équipe a installé ce bras robotique à une extrémité d’une table de ping-pong standard et a placé autour de lui des caméras de capture de mouvement à grande vitesse pour suivre les balles envoyées vers le robot. Elle a également développé des algorithmes de contrôle avancés reposant sur des principes mathématiques et physiques pour prédire la vitesse et l’angle de raquette nécessaires afin de renvoyer la balle avec un type de coup spécifique — comme le topspin (loop), le coup droit (drive) ou le chop (coup coupé).

Ces algorithmes ont été répartis sur trois ordinateurs traitant simultanément les données des caméras, estimant la position en temps réel de la balle et traduisant ces prédictions en commandes permettant aux moteurs du robot de réagir rapidement et d’exécuter le coup approprié.

Après avoir lancé 150 balles consécutives vers le bras du robot, les chercheurs ont constaté une précision similaire pour les trois types de coups : 88,4 % pour les topspins, 89,2 % pour les chops et 87,5 % pour les drives. Ils ont ensuite ajusté le temps de réaction du robot et ont découvert que son bras frappe les balles plus rapidement que les systèmes actuels, atteignant une vitesse de 20 mètres par seconde.

Progrès vers une performance de niveau humain chez les robots de ping-pong

Dans leur étude publiée, l’équipe rapporte que la vitesse moyenne de frappe — c’est-à-dire la vitesse à laquelle la raquette entre en contact avec la balle — est de 11 mètres par seconde. Les joueurs humains avancés renvoient généralement la balle à des vitesses comprises entre 21 et 25 mètres par seconde. Depuis leurs premières expériences, les chercheurs ont continué à affiner le système, atteignant des vitesses de frappe allant jusqu’à 19 mètres par seconde (environ 68 km/h).

« L’un des objectifs principaux de ce projet est de démontrer que nous pouvons atteindre le même niveau d’athlétisme que les humains », déclare Nguyen. « Et en termes de vitesse de frappe, nous nous en rapprochons vraiment. »

Leurs recherches ultérieures ont également permis au robot de viser. L’équipe a intégré des algorithmes de contrôle dans le système, permettant au robot de prédire non seulement comment frapper la balle, mais aussi où la placer. Grâce à cette mise à jour, ils peuvent définir un point cible sur la table, et le robot y renvoie la balle avec précision.

Le robot étant fixé à la table, sa mobilité reste limitée et il ne peut renvoyer que les balles qui tombent dans une zone en croissant près de la ligne médiane de la table. À l’avenir, l’équipe prévoit de monter le robot sur un portique ou une plateforme mobile, ce qui lui permettra de couvrir une plus grande portion de la table et de renvoyer une plus grande variété de coups.

« L’un des aspects clés du tennis de table est de pouvoir prédire l’effet et la trajectoire de la balle en fonction du geste de l’adversaire — ce qu’un lance-balles automatique ne permet pas », explique Cancio. « Un robot comme celui-ci pourrait reproduire les mouvements d’un véritable adversaire, aidant les humains à s’entraîner et à progresser. »

---

Lire l’article original sur : Techxplore

Lire aussi :  Neuralink First: Patient Uses Brain Implant to Make YouTube Video