Des chercheurs de Lille 3 viennent de réaliser une série d’expériences avec un robot, pour percer les mystères de la communication humaine.

Il est bien caché. Au fin fond du campus, derrière une petite porte dérobée, un drôle de personnage agite ses bras. Lui, c’est Tino, un robot conçu dans un laboratoire de Cergy-Pontoise, Équipes de traitement de l’information et des systèmes (ETIS). Il vient de faire un séjour à l’université Lille 3. Mais pourquoi ? Pour étudier comment « le courant passe » en quelque sorte, entre deux personnes.

Car la communication entre humains fait intervenir toutes sortes de mécanismes qui commencent à peine à être élucidés par les chercheurs. « Quand deux personnes se parlent, elles ont tendance à synchroniser leurs mouvements, explique Yvonne Delevoye-Turrell, de l’Université de Lille (laboratoire SCALab). Par exemple, l’un se met à croiser les bras quand son interlocuteur le fait. » Pas convaincu ? « Regardez, vous venez de hocher la tête, tout comme moi ! » s’amuse-t-elle. C’est l’effet miroir. On sait mesurer cette synchronisation (durée, fréquence à laquelle apparaît tel ou tel comportement, etc.) Ces phénomènes sont l’objet de nombreux débats et publications scientifiques à l’heure actuelle. Ils seraient liés à une classe particulière de neurones, les neurones miroirs, qui s’activent aussi bien quand on accomplit un geste que quand on voit quelqu’un l’effectuer.

Pour en explorer les mécanismes, il existe plusieurs approches. Les chercheurs peuvent étudier ce qui se passe quand ils manquent ou sont déréglés. C’est le cas par exemple dans la schizophrénie, sur laquelle Yvonne Delevoye-Turrell travaille depuis de nombreuses années. Mais ces études sont complexes. Il faut tenir compte de très nombreux paramètres, comme la prise de médicaments. Il est aussi très difficile de trouver suffisamment de patients volontaires pour que les résultats des études soient statistiquement significatifs.

Un interlocuteur réglable

Sinon, il y a les robots. L’idée, c’est d’essayer de les faire interagir avec des humains. Et donc de reproduire ces synchronisations qui s’établissent dans la communication, pour mieux saisir quels en sont les ingrédients indispensables. L’avantage d’un tel interlocuteur mécanique est que les chercheurs en contrôlent tous les paramètres.

C’est pourquoi les équipes de Lille et de Cergy-Pontoise ont monté un projet qui obtient un financement de l’agence nationale de la recherche. L’équipe du SCALab insiste pour que le robot, bien que bardé de fils, tiges et mécanismes de toutes sortes, ait toute de même figure humaine « Selon son expression, il doit pouvoir donner envie de s’approcher ou au contraire de s’écarter. indique Yvonne Delevoye-Turrell. C’est pourquoi nous lui avons donné une bouche, des yeux mobiles, et des sourcils qui peuvent s’incurver. » Et cela suffit, le cerveau fait le reste. Pas besoin d’un androïde de science-fiction. À voir comment l’équipe se préoccupe de Tino comme d’une personne humaine, cela semble plutôt réussi.

Des expériences passées ont montré qu’il est possible d’établir une interaction entre un robot et un humain. En revanche, ceux-ci n’allaient pas jusqu’à synchroniser leurs mouvements. L’un des problèmes était sans doute que les mouvements des robots sont en général beaucoup plus raides que ceux des humains. Cela tient à l’architecture de leurs bras, souvent basée sur des moteurs électriques. C’est pourquoi l’équipe des roboticiens, menée par Philippe Gaussier de l’université de Cergy-Pontoise, s’est tournée vers une autre technique. Ils ont utilisé un système hydraulique, qui permet des mouvements beaucoup plus fluides dans toutes les directions. Le robot a commencé à être assemblé en octobre. Plusieurs mois de tests ont suivi. Pendant ce temps, l’équipe lilloise était en répétition générale : elle effectuait avec des humains les expériences prévues avec le robot.

Les expériences d'imitation humain-robot

Les expériences d’imitation humain-robot

Comme un bébé

Au début, le robot doit apprendre. Le plus souvent en robotique, les ingénieurs programment les mouvements des robots en prévoyant les rotations de ses bras articulés dans toutes les directions. Mais en fait, les équations et les codes informatiques deviennent assez vite compliqués. Le laboratoire de Cergy-Pontoise a une autre approche. Il fait appel à un réseau de neurones artificiels, des programmes informatiques qui simulent le fonctionnement de notre cerveau. « L’idée, explique Arnaud Blanchard, de l’ETIS, c’est que comme un bébé qui se développe, le robot apprenne lui-même à contrôler ses mouvements. »

Pour cela, les chercheurs lui mettent en main une balle rose. Il bouge le bras et il regarde la balle, grâce à une caméra placée dans son œil. C’est la proprioception : la vision lui sert à ajuster et affiner ses mouvements. Ce système doit aussi lui permettre de mieux se repérer et s’adapter à son environnement.

Les premiers jours sont difficiles. Car en le déplaçant à Lille, patatras ! Désorienté, Tino a bien du mal à prendre ses marques. « Au début, il était très gêné par les lumières, indique Yvonne Delevoye-Turrell. Il les fixait au lieu de regarder la balle rose. » Alors pourquoi ne pas faire les expériences à Cergy-Pontoise ? « L’équipe de Lille a l’expérience et tout l’appareillage pour étudier très précisément les mouvements des êtres humains » explique Arnaud Blanchard. Des caméras adaptées notamment, et un système de « capture du mouvement » (motion capture) de principe analogue à ce qui est utilisé dans les films en images de synthèse.

L’humain imite le robot

Une fois que Tino est habitué à son nouvel environnement, les chercheurs passent à la phase d’imitation. Robot et humain élèvent leur bras de concert, verticalement. Mais les chercheurs ont programmé le robot pour qu’en exécutant le geste, il se mette à plier légèrement le coude. Et que fait la personne en face ? Elle se met, insensiblement, à plier le coude elle aussi… Une quinzaine de personnes vont être ainsi testées. Les chercheurs vont également étudier l’influence du rythme du robot : est-ce que l’imitation fonctionne toujours s’il a des gestes rapides (notamment s’il s’agit de personnes plutôt rapides ou au contraire plutôt lentes ; voir encadré)

Un robot capable de nous imiter ?

Ensuite vient l’autre volet du projet. Il s’agit de tester si les robots vont réussir à imiter les humains. Un des enjeux de la robotique actuellement est en effet de créer des robots qui puissent rendre des services quotidiens (personnes âgées, handicapées, etc.) Pour cela, il faut qu’ils soient acceptés. « Or chez les humains, l’imitation joue un grand rôle pour établir une interaction sociale, explique Yvonne Delevoye-Turrell. Le fait d’être imité capte l’attention. » Tino va-t-il en être capable ? « Soyons clairs : il n’a à peu près que six semaines d’âge cognitif ! explique Pierre Andry de l’université de Cergy-Pontoise. Imiter un simple mouvement vertical est déjà difficile pour lui. »

L’expérience est en cours. « Nous voulions que la personne en face de lui soit un « naïf », pas un roboticien », indique Yvonne Delevoye-Turrell. Car les mouvements de ces derniers ont tendance à être lents, sans changements rapides de direction : ils évitent de brusquer leur fragile machine. « Mais nous humains sommes habitués à des mouvements beaucoup plus brefs : il fallait vraiment que ce soit le cas du robot. » C’est net : Tino fixe très rapidement du regard. Sa tête bouge également très vite, ce qui devrait permettre de tester la rythmicité.

Imposer son rythme

Les gens plutôt lents dans leurs gestes et leurs paroles ont tendance à mieux s’entendre avec les lents, et les rapides avec les rapides, sans doute parce que devoir se synchroniser coûte un effort. Il y a aussi des personnalités qui s’adaptent plus que d’autres au rythme de leur interlocuteur. Les psychologues cognitifs, sans pitié, les appellent les dominés.

Cette étude de la rythmicité n’a pas d’intérêt que pour la communication humaine. Elle l’est aussi pour la santé. Aujourd’hui, encore trop peu d’entre nous s’adonnent à une activité physique régulière. « Connaître la rythmicité préférée d’une personne, indique Yvonne Delevoye-Turrell, pourrait aider à leur proposer des activités adaptées. » Ces informations pourraient servir à moduler la musique à faire écouter lors de l’utilisation d’un équipement sportif par exemple. C’est l’un des objectifs du projet « Sport Plaisir »*.

*Action de recherche concertée d’initiative régionale (Arcir) 2013-2016