Réunion

Résumés des exposés invités

Olivier Morel, "Caméras polarimétriques et vision pour la robotique"

Résumé :

Depuis une dizaine d'années, l'utilisation des caméras polarimétriques en temps réel tend à se généraliser avec l'apparition sur le marché de capteurs polarimétriques basés sur des grilles de micropolariseurs. Ces caméras semblables à des caméras RGB classiques apportent au delà de l'information couleur, une estimation des paramètres de polarisation de la scène observée. Contrairement aux humains, de nombreux animaux sont sensibles à la polarisation de la lumière et utilisent à bon escient cette modalité pour s'orienter dans l'espace ou détecter des régions particulières.

Après une brève description des modèles de caméra polarimétriques les plus fréquemment utilisés, cette présentation rappellera les paramètres de polarisation pouvant être estimés en évoquant également les aspects de calibrage. Dans la nature, nous retrouvons principalement de la lumière polarisée obtenue par réflexion ou par diffusion d'une onde lumineuse. Après avoir détaillé des modèles mathématiques de ces deux aspects, nous illustrerons l'exploitation de ces caractéristiques au travers d'applications liées à la vision pour la robotique.

Maxime Ferrera, "Cartographie 3D Hyperspectrale en Environnements Sous-Marins Profonds"

Résumé :

Contrairement aux caméras couleurs classiques qui produisent des images formées à partir de trois canaux (rouge, vert, bleu), les caméras hyperspectrales sont capables de capturer des centaines de bandes spectrales sur l'ensemble du spectre du visible. L'imagerie hyperspectrale permet ainsi d'analyser de façon très précise les caractéristiques physiques des scènes imagées. Les applications en environnements sous-marins sont multiples : étude de l'état de santé de la faune et flore, détection automatique d'espèces, analyse de matériau pour l'archéologie ou la maintenance industrielle, etc. Néanmoins, la richesse en information spectrale fournit par ce type de caméra vient au prix d'une perte en dimension spatiale car les images acquises sont en fait de simple lignes (caméra de type pushbroom). Afin de rendre ces images exploitables, il est nécessaire de les re-projeter dans l'espace. Une approche classique est de créer une mosaïque 2D à partir de ces images en utilisant les données de navigation du robot embarquant la caméra. Le problème de ce type d'approche provient du fait que l'hypothèse d'avoir une scène plane, inhérente à la mosaïque 2D, est très majoritairement fausse, ce qui engendre des déformations géométriques importantes lors de la reconstruction. Ces déformations sont de surcroît amplifiées par la précision limitée des données de navigation sur les robots sous-marins. Dans cet exposé, nous présenterons une solution innovante permettant de créer des reconstructions 3D hyperspectrales précises et représentatives de la géométrie réelle des environnements imagés.

Jean-Yves Rauch, "Nouveaux systèmes micro et nano robotiques actifs à base d'origami de silice en bout de fibre optique : applications à la micro et nano robotique et aux capteurs émergents"

Résumé :

De récentes avancés en micro et nano robotique sous MEB dans la plateforme µROBOTEX du PIA1, devenue TIRREX dans le PIA3, ont permis de réaliser de nouveaux capteurs intégrés à l'extrémité de fibres optique étirées ou clivées, comme ce fut le cas avec la micro maison de FEMTO-ST en 2018 [1]. Pour la première fois, nous avons découpé et plié une membrane de silice par un procédé origami afin de la souder à l'extrémité d'une fibre optique clivée. Depuis nous avons réaliser des capteurs de pression ou de position qui fonctionnent par interférométrie infra rouge sur une origami de silice flexible soudée en bout de fibre optique clivée. En 2021, nous avons publié un article dans Advanced Materials avec un IF=30.8, au sujet d'une architecture nano robotique électrothermique. Nous venons de recevoir le micron d'or du salon Micronora 2022 pour un système actif à base d'origami de silice, sur lequel nous soudons un bilame aluminium/silice qui actionne le système. L'ensemble est installé à l'extrémité d'une fibre optique étirée permettant d'apporter l'énergie thermique sous forme de chaleur pour effectuer la déformation du bilame et donc l'actionnement. Cette nouvelle famille de systèmes nano robotique, construit sous MEB, permet d'envisager la construction de nouveaux capteurs/actionneurs, pour l'optique, la photonique, la biologie moléculaire, l'archéologie 3D avec la reconstruction de pollen, la micro chirurgie, les prélèvement in situ, des tâches de pick and place à différentes dimensions entre 50nm et 15µm.

1- Smallest microhouse in the world, assembled on the facet of an optical fiber by origami and welded in the Robotex nanofactory. Journal of Vacuum Science & Technology A 36, 041601 (2018); https://doi.org/10.1116/1.5020128 Jean-Yves Rauch a) , Olivier Lehmann, Patrick Rougeot, Miguel. Angel Suarez, Joel Abadie, and Joel Agnus, Dept. AS2M, Nanorobotics Team, Femto-ST Institute, Univ. Bourgogne Franche-Comte, UMR CNRS 6177, 24, rue Alain Savary, 25000 Besançon, France

Edison Gerena, "Micro-robots optiques à 6 ddl avec retour de force pour une bio-manipulation interactive"

Résumé :

La manipulation à l'échelle unicellulaire est considérée comme une tâche clé dans la recherche biomédicale. Cependant le manque de systèmes intuitifs et efficaces restreindre le type d'opérations possibles à cette échelle. Nous proposons une nouvelle solution télé-robotique pour la manipulation des cellules à l'aide de pinces optiques. Il permet la manipulation simultanée de plus de 15 pièges optiques dans un grand espace de travail avec une résolution nanométrique. Le système est équipé d'une caméra événementielle, ce type de capteur ne génère que l'information dynamique de la scène. Cela permet une mesure de force à haute vitesse, et le système fournit un retour haptique en temps réel. Nous présenterons également des microrobots optiques, des microstructures actionnées à 6 ddl avec un capteur de force intégré, qui peuvent être utilisées comme outils pour différentes tâches de biologie expérimentale.

Peng Song, "Reconstruction 3D d'image tactile et son application pour l'assemblage d'objets déformables"

Résumé :

Les capteurs tactiles sont de plus en plus utilisés pour la manipulation robotique. Le capteur tactile qui peut transmettre une image de contact est devenu un nouveau genre de capteur. Nous allons présenter comment reconstruire une image 3D tactile en temps réel pour récupérer l'information la plus complète de contact. En utilisant les images tactiles 3D, il est possible de réaliser l'assemblage d'objets déformables avec un seul capteur tactile installé sur la pince robotique.

Antoine André, "Vision sphérique en robotique : représentation d'image et applications"

Résumé :

De par sa capacité à percevoir et obtenir une grande quantité d'informations à l'aide d'un seul et même capteur, les caméras se sont offertes une place de choix dans les outils de perception de l'environnement et de scènes dans un panel applicatif allant de la microscopie à l'astronomie. Cependant, cette perception reste limitée par les objectifs utilisés et par leur optique. Une des problématiques majeures de ces méthodes d'étude de scène reste la limitation du champ de vision provenant directement de la conception des optiques employées, et ce quelque soit l'échelle d'étude considérée.

Pour répondre à cette problématique à l'échelle macroscopique (allant du mètre à la dizaine de mètres), des objectifs aux optiques innovantes permettant d'acquérir une image 360 degrés d'une scène ont émergé ces dernières années. Grâce à ces optiques il est désormais possible d'effectuer de l'estimation de pose, ou encore de l'asservissement visuel avec un domaine de convergence bien plus grand que ce que permettaient les optiques à champ de vision plus réduits. Le champ de vision de la caméra n'étant plus une limitation, de nouvelles applications ont pu naître de ces caméras au champ de vue à 360 degrés. Grâce à leur construction quasi-sphérique, ces caméras proposent également une nouvelle manière de représenter l'information photométrique non plus sur un plan image (comme avec les objectifs à projection orthographique ou perspective faible) mais directement sur une sphère complète.

Cette présentation vise ainsi dans un premier temps à montrer les différentes méthodes de représentation des images initialement acquises sur un capteur planaire pour effectuer leur projection sur une sphère, rendant l'information photométrique disponible à 360 degrés plus aisée. Dans un second temps nous présenterons différentes applications de ces méthodes à l'estimation de pose et à l'asservissement visuel direct en robotique. Nous conclurons en présentant les différents verrous restant dans la vision omnidirectionnelle, et les applications pouvant découler de ces avancées scientifiques.

Benoit Rosa (Icube, Strasbourg), "Imagerie OCT pour l'endoscopie flexible robotisée"

Résumé :

Ces dernières années, de nombreux systèmes d'endoscopie flexible robotisée ont été développés. Ceux-ci permettent une réalisation plus efficace de gestes complexes en chirurgie endoluminale dans l'appareil digestif, comme montré récemment lors d'essais précliniques du système STRAS/EASE développé au laboratoire ICube à Strasbourg. L'intégration de nouvelles modalités d'imagerie telles que la tomographie par cohérence optique (OCT) permettrait de réaliser certains diagnostics (gradation de tumeurs précoces, vérification des marges de résection, etc) in situ, par opposition à la pratique classique consistant à examiner les biopsies a posteriori. Nous allons ici présenter les travaux récents réalisés à ICube sur le développement de sondes d'imagerie OCT pour la robotique flexible, ainsi que les verrous techniques associés : stabilisation d'images et correction de distorsions, scans robotiques pour la création de volumes 3D, et automatisation de gestes par asservissement visuel.