La robotique et l’informatique quantique, deux des disciplines technologiques les plus avancées de notre époque, se rencontrent à un moment clé. Des chercheurs du Shibaura Institute of Technology, de l’Université de Waseda et de Fujitsu Limited ont annoncé le développement d’une méthode innovante pour optimiser la posture des robots à l’aide de techniques quantiques, réduisant ainsi les erreurs et les calculs, l’un des plus grands défis de la robotique moderne : la cinématique inversée.

Le défi : comment rendre les mouvements plus naturels chez les robots humanoïdes

Un robot humanoïde, ou un bras robotique doté de multiples articulations, doit constamment calculer quels angles adopter dans chaque joint pour atteindre une position finale — par exemple, saisir un objet au sol sans perdre l’équilibre. Cette opération, connue sous le nom de cinématique inverse, implique de résoudre des milliers de combinaisons possibles en quelques secondes.

Dans un modèle complet de 17 articulations, correspondant au nombre principal d’articulations du corps humain, la charge computationnelle est si élevée que les méthodes classiques recourent à des simplifications, comme réduire le modèle à 7 articulations. Cependant, ces approximations limitent la fluidité et la complexité du mouvement, rendant les robots actuels encore maladroits comparés aux humains.

La proposition : représenter les postures avec des qubits

La nouvelle méthode introduit une approche quantique au problème. Selon l’équipe, chaque orientation et position des parties du robot (appelées liens) est représentée à l’aide de qubits, qui sont les unités fondamentales d’information dans un ordinateur quantique.

Le processus fonctionne de façon hybride :

• Le calcul de cinématique directe (déterminer la position de la main à partir des angles des articulations) est effectué à l’aide de circuits quantiques.
• Le calcul de cinématique inverse (résoudre les angles à partir de la position souhaitée) s’effectue sur des ordinateurs classiques.

La clé réside dans le lien quantique : ce phénomène permet que les mouvements d’une articulation influencent automatiquement les suivantes, reproduisant ainsi naturellement la dépendance hiérarchique du squelette humain.

Résultats : moins de calculs, plus de précision

Les tests réalisés avec le simulateur quantique de Fujitsu ont permis d’obtenir une réduction de 43 % des erreurs par rapport aux méthodes conventionnelles, tout en utilisant moins de ressources informatiques.

Dans un autre essai avec le ordinateur quantique de 64 qubits développé par RIKEN et Fujitsu, la présence de lien quantique a significativement amélioré la vitesse de convergence et la précision des calculs.

Dans un cas d’utilisation complet avec 17 articulations, le système a réussi à calculer des mouvements en environ 30 minutes, une performance inimaginable il y a peu.

Implications : vers des robots plus humains

Ce progrès, encore à l’état expérimental, ouvre la voie à des robots capables d’effectuer des mouvements plus fluides, précis et complexes, même dans des environnements interactifs avec des humains.

Les applications immédiates comprennent :

• Robots humanoïdes pour l’assistance à domicile ou en milieu médical.
• Manipulateurs industriels dotés d’une meilleure précision dans les usines et chaînes de montage.
• Robots de secours capables de s’adapter à des terrains accidentés ou à des obstacles imprévus.
• Optimisation énergétique en ajustant la posture du robot pour réduire l’effort et la consommation d’énergie.

De plus, en nécessitant un nombre réduit de qubits, cette technique pourrait être déployée dès à présent sur la génération actuelle d’ordinateurs quantiques NISQ (Quantum Noisy Intermediate-Scale), ce qui accélère la transition de la théorie à des applications concrètes.

Une collaboration qui dessine l’avenir

Ce projet résulte de la collaboration entre trois institutions japonaises de référence :

• Le Shibaura Institute of Technology, avec le professeur associé Takuya Otani qui dirige le laboratoire Systèmes Humains-Robot.
• L’Université de Waseda, avec le professeur Atsuo Takanishi, pionnier en robotique humanoïde.
• Fujitsu Limited, représentée par Nobuyuki Hara, Yutaka Takita et Koichi Kimura, responsables de l’intégration de la capacité quantique dans la simulation et le contrôle des robots.

Le travail a été publié sous le titre Quantum computation for robot posture optimization, et constitue une étape essentielle vers une utilisation pratique de la computation quantique appliquée à la robotique en temps réel.

Tendances convergentes : quantique, IA et robotique

Ce progrès ne se fait pas isolément. Au Japon, à travers des projets tels que FugakuNEXT — le superordinateur développé par RIKEN, Fujitsu et NVIDIA —, l’intégration de l’intelligence artificielle, de l’informatique de haute performance et de la quantique est en cours.

L’objectif est clair : créer des robots capables de non seulement imiter l’apparence humaine, mais aussi de apprendre, s’adapter et réagir avec une agilité comparable à celle des personnes.

Conclusion

La collaboration entre Fujitsu, Waseda et Shibaura marque une étape majeure dans l’histoire de la robotique. Pour la première fois, la computation quantique est appliquée avec succès à l’un des problèmes les plus complexes liés au mouvement humanoïde : la cinématique inverse.

Bien que des progrès restent à faire pour atteindre des calculs en temps réel, les résultats obtenus annoncent un avenir où les robots pourront se déplacer avec une fluidité, une précision et une efficacité énergétique incomparables.

Selon les chercheurs, il s’agit d’un avancé susceptible de transformer la coexistence entre humains et machines dans nos environnements quotidiens.

Questions fréquentes (FAQ)

1. Qu’est-ce que la cinématique inverse en robotique ?
C’est le calcul mathématique permettant de déterminer les angles de chaque articulation pour que le robot atteigne une position finale souhaitée (par exemple, saisir un objet avec la main).

2. Pourquoi la computation quantique améliore-t-elle ces calculs ?
Parce que les qubits et l’entrelacement permettent de représenter plusieurs états simultanément, réduisant le nombre de calculs et augmentant la précision.

3. Peut-on appliquer cela dès maintenant dans des robots commerciaux ?
Pour l’instant, la technique a été testée dans des simulateurs et des ordinateurs quantiques expérimentaux, mais elle pourrait être utilisée sur des systèmes NISQ actuels. Le défi reste d’atteindre des vitesses de calcul en temps réel.

4. Quelles applications concrètes à court terme sont envisageables ?
Robots d’assistance, bras robotiques industriels, systèmes de secours, et robots humanoïdes avec mobilité avancée.

source : global.fujitsu