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A propos d'Obligement
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David Brunet
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Reportage : Exposition RobotScope
(Article écrit par Philippe Bérard et Olivier Jeannet et extrait d'Amiga News - octobre 1993)
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La saga de ce mois-ci sort un peu du cadre habituel dans la mesure où elle n'est pas consacrée à une application
professionnelle de l'Amiga. Mais le concept RobotScope est à la fois pédagogique et démonstratif des possibilités
de la machine, il trouve donc sa place dans notre série.
Cet été, les enfants parisiens ont eu la possibilité de programmer des mini-robots à la Villette grâce à des
Amiga 600. Ceci était possible lors de l'exposition RobotScope où trois spécialistes, chacun dans son domaine,
ont combiné leurs compétences pour créer des mini-robots facilement programmables par des enfants. Ces enfants,
après avoir écrit un scénario, le programment à l'aide d'une interface graphique puis admirent le résultat,
d'ailleurs très souvent conforme à leurs espérances.
RobotScope et ses auteurs
Marc-François Rouxel, initiateur et principal intervenant dans le projet, est avant tout un artiste qui touche
un peu à tout : peinture, sculptures animées, dessin, maquettes et ici robots... Il a déjà présenté ses robots
auparavant, lors d'une exposition artistique qui dura environ quatre mois, à Moret-sur-Loing (77).
Jean-Michel Forgeas, développeur d'UIK
(User Interface Kit, trousse de développement facilitant la programmation ainsi que l'utilisation d'une interface graphique)
et de Flamtrans, s'est occupé de toute la partie logicielle et de l'interface graphique. Il fait partie des trop
rares développeurs français ayant recours au domaine public pour propager ses idées et projets. Il est particulièrement
actif sur les réseaux de communication internationaux (UseNet).
Pierre-Marie Lagaillardie, étudiant en électronique, a créé toutes les cartes à relais. Ces
cartes transforment les signaux binaires qu'envoie l'Amiga sur le port parallèle en ordres de déclenchement ou
d'arrêt de moteurs, comme nous allons le voir plus loin.
Le projet RobotScope
Depuis environ six ans, Marc-François Rouxel a l'obsession des robots. Il commence donc par en créer un,
ZEPRO. Ce robot, habillé d'un coffrage plastique décoré, dispose de quelques commandes électriques (potentiomètres,
manette, etc.) qui contrôlent des moteurs électriques classiques avec butée microcommutateur.
Il y a deux ans, lors d'une réunion amicale avec Jean-Michel Forgeas et Pierre-Marie Lagallardie, le groupe décide
de créer un robot pilotable par l'Amiga, interfacé sous UIK et commandé par une carte à relais.
Lorsque celui-ci fut réalisé, Marc-François décida de présenter son projet lors d'une exposition artistique,
avec succès.
Après cette exposition, des pourparlers avec La Villette sont engagés pour réaliser une exposition de
ce type dans la Cité des Sciences. Le Parc de la Villette étant une vaste administration dépendant du
Ministère de l'Industrie, plusieurs mois sont consacrés à différentes études concernant l'intégration
du projet dans la Cité. Finalement, l'emplacement de la Cité des Enfants, appelé précédemment Inventorium,
est choisi.
Le projet consiste à apprendre aux jeunes enfants (8 à 12 ans) les rudiments de la programmation, tout
en s'amusant. Trois robots sont présents dans la salle :
- ZEPRO, qui n'a ici qu'un rôle purement figuratif.
- ZAPPA, habillé d'un coffrage plastique comme ZEPRO, mais commandé par un Amiga 2000 équipé d'une
carte à relais.
- ZIPO, robot complètement dénudé qui sert à montrer aux enfants la structure du robot (moteurs et câblages).
Chaque partie mobile est en bois, plaqué avec des feuilles d'aluminium.
Ces robots ont demandé un à deux mois de travail à Marc-François Rouxel pour réaliser les parties
mécaniques et électriques, ainsi que pour les coffrages plastiques particulièrement originaux de par
leurs formes et leurs couleurs.
Il est à noter que Commodore, plutôt timide dans la promotion de ses
machines, a décidé de faire un prêt de quatre Amiga 600 pour cet atelier. Cette initiative a été
la bienvenue pour cette application, sensibilisant les plus jeunes à l'utilisation de cette fabuleuse
machine qu'est l'Amiga. Il serait malgré tout souhaitable que cet effort de promotion se retrouve
aussi pour les applications en milieu professionnel, souvent oubliées.
Déroulement de RobotScope
La séance commence par une discussion amusante avec le robot ZAPPA. Marc-François commande
au clavier le déclenchement des gestes et des paroles du robot, pour que les enfants croient que
le robot leur répond. Cette introduction permet de détendre les enfants et se révèle très amusante.
Ensuite, les enfants sont groupés par binômes et doivent choisir chacun le thème qui les intéresse parmi
divers scénarios : la gymnastique, j'apprends une danse, l'animal extraordinaire, l'attaque, le moustique,
le gourmand, le commentateur sportif.
Un formulaire leur est ensuite fourni, représentant une matrice de séquences de mouvements à effectuer,
environ une vingtaine. Chaque élément de la matrice représente, grosso modo, l'interface graphique
présente sur l'écran des Amiga. Les enfants doivent donc cocher les cases appropriées pour chaque mouvement,
étant admis qu'il est possible de déclencher plusieurs mouvements à la fois (exemple : bras gauche se
levant en même temps que la tête tourne à gauche). Le nombre moyen de séquences par scénario est d'environ une dizaine.
Une fois que les enfants ont compris le système, et que leur scénario a été noté sur le formulaire, ils
passent à la programmation directe sur l'Amiga. Ils cliquent donc sur chacun des boutons représentant
les mouvements, un gadget proportionnel leur permettant de se déplacer dans le scénario.
Pour chacun des thèmes choisis, des échantillons de son sont déjà fournis, évitant ainsi à l'enfant l'apprentissage
souvent fastidieux de l'échantillonnage. L'enfant dispose d'une heure pour programmer son scénario, puis
Marc-François sauvegarde ensuite sur une disquette le scénario de chaque enfant pour réunir enfin tout
le monde autour du même robot et tester, binôme par binôme, les scénarios ainsi programmés.
Les enfants sont très concernés par le résultat de leur programmation et affichent souvent un sens
de l'honneur prononcé lorsque leur scénario marche à merveille, ou qu'il échoue... L'expérience semble
être un succès, les enfants, garçons et filles, appréciant ce contact amusant et didactique, et le taux
de réussite dans la programmation des séquences atteignant allègrement les 80 à 90%.
Nous allons à présent rentrer dans les détails de cette réalisation, et tout d'abord la partie
matérielle de l'installation. Les configurations prêtées par Commodore sont des Amiga 600 (1 Mo de mémoire
Chip) comportant un disque dur de 20 Mo, ainsi qu'un moniteur 1084S. Le disque dur est bien utile
pour stocker le programme de gestion du robot ainsi que les différentes données qui l'accompagnent,
comme les sons numérisés et les scénarios prédéfinis. Les Amiga sont disposés en U, permettant de voir ce
qu'il se passe sur les autres écrans. Marc-François dispose de son propre Amiga 2000, celui qui commande le
robot ZAPPA pour la démonstration initiale.
Chaque robot peut effectuer dix actions élémentaires : les bras bougent de bas en haut, les yeux de gauche
à droite, la bouche s'ouvre et se ferme, la tête tourne dans les quatre directions. Les membres sont commandés
par de simples moteurs électriques dont on peut sélectionner le sens de rotation, et les mouvements sont
arrêtés par des butées munies d'interrupteur. Quand le membre atteint son amplitude maximale, par exemple
le bras tout en haut, il touche la butée, qui elle-même coupe le courant qui arrive au moteur. Il a donc
deux butées par membre, une à chaque extrémité du mouvement.
Pour commander le robot, on se sert d'une boîte à relais qui permet de transformer l'information
numérique sortant du port parallèle de l'Amiga en courant suffisant pour faire tourner les moteurs
électriques. Le monde de l'électricité et celui de l'électronique ne travaillant pas avec les mêmes
échelles d'intensité, il faut donc amplifier les signaux et prendre quelques précautions. Faire un
mouvement revient à mettre un bit à un sur le port parallèle pour commander un relais correspondant,
qui va envoyer le courant au moteur. Par mesure de sécurité, les liaisons entre la partie numérique
(le port parallèle) et la partie commande de courant sont isolées par une liaison optique.
Pour chaque bit, le courant du port parallèle allume une diode, qui éclaire une cellule photosensible,
qui commande le courant des moteurs. On transforme l'électricité en lumière que l'on reconvertit en
électricité : plus de fuites de courant, ni de court-circuit, ni de surtensions. En effet, lors des
premiers essais, des composants de la carte mère ont été endommagés par un retour de courant. Cette
isolation optronique augmente le coût de la boîte à relais, car les optocoupleurs sont chers.
Bien qu'elle soit réalisée à titre amical par Pierre-Marie Lagaillardie, elle revient environ à 1500 FF.
Les paroles du robot sont des échantillons stockés sur le disque de l'Amiga, et un amplificateur placé
à la sortie audio les diffuse via un haut-paleur placé dans le socle du robot. Chaque phrase correspond à un
échantillon et les échantillons sont regroupés par scénario.
Lors de la démonstration initiale, Marc-François commande les actions et les paroles du robot en appuyant sur
des touches définies du clavier, cette méthode étant assez souple puisqu'elle permet de faire interagir le
robot avec les enfants.
La partie logicielle
Comme Marc-François Rouxel a la chance d'avoir un ami programmeur compétent en la personne de Jean-Michel
Forgeas, il a préféré lui laisser la programmation de l'interface graphique et de la gestion du robot,
lui-même se chargeant de la partie habillage et image du projet.
Jean-Michel s'est largement servi de son
utilitaire UIK (User Interface Kit), que ce soit pour la création de l'interface graphique de RobotScope
ou pour les modifications apportées par la suite. Le reste de l'application est programmée en C.
Grâce à UIK, on peut facilement changer la taille et la disposition des gadgets, en rajouter, sans
devoir se plonger dans la programmation, ce qui est bien pratique et arrange Marc-François quand il
veut modifier l'interface. Cela a été utile puisqu'il a fallu la redessiner pour les enfants, en particulier
les boutons qui ont du être agrandis.
RobotScope est en fait une version réduite en capacité de ce qu'avaient pu réaliser les auteurs initialement,
pour être plus accessible aux enfants. L'interface présentée aux enfants est simple mais facile à étendre,
toujours grâce à UIK, dont on voit ici la puissance. L'interface ayant un droit d'auteur, nous n'avons pu
vous montrer une photo d'écran. Les mouvements des robots sont rudimentaires car là encore on s'adresse à
des enfants. Les ordres qu'on peut donner au robot consistent en une action simple, comme lever les bras
(un des dix mouvements possibles), associée à une durée, comprise entre 0 et plusieurs secondes, avec
une précision de quelques centièmes de seconde (précision conditionnée par celle du timer.device). Au
delà d'une certaine durée, selon le mouvement, il ne sert à rien de l'augmenter car le membre arrive à sa
butée et il s'arrête. Dans ce cas on obtient une pause dans les actions du robot.
Le scénario que les enfants préparent est en général dérivé d'un des sept scénarios types. Un scénario
consiste en une suite de séquences, chaque séquence consistant en un ou plusieurs mouvements (un membre,
un sens et une durée), et une phrase éventuelle. Lorsqu'un scénario est joué sur le robot, le son est
d'abord lancé, puis les mouvements, qui vont se faire concurrement s'il y en a plusieurs (lever les bras
et tourner la tête par exemple).
L'interface graphique montre à gauche les dix boutons correspondants aux mouvements du robot, disposés
selon la morphologie du robot. A droite on trouve deux ascenseurs horizontaux, qui indiquent et permettent
de choisir le numéro de la séquence et la durée du mouvement à effectuer lors de cette séquence. On
choisit la phrase grâce à une fenêtre de requête de fichiers. Toute l'interface est assez lisible, sobre
avec de larges boutons bien en évidence. C'est très agréable à utiliser.
Conclusion
Cette idée d'apprendre la programmation aux enfants par le jeu s'est révélée excellente, avec un côté
futuriste grâce aux robots parlants, et un côté simple avec la mise en oeuvre imaginée par Marc-François.
Elle procède du même type de démarche que Seymour Papert qui a inventé le langage Logo,
avec sa fameuse tortue graphique qui a également existé sous forme robotique. C'est une passerelle
entre la simplicité apparente du réel et la complexité de la programmation, qui a besoin de décomposer
une action globale en de multiples détails. C'est un programme grand public qui montre l'utilité pédagogique
de l'ordinateur, l'antithèse de la console de jeux destructrice de rapport sociaux.
Commodore a été très satisfait de ce projet, et prêtera à nouveau du matériel pour de futures réalisations.
L'auteur est en train de perfectionner un atelier de vidéo informatique qu'il a développé avec la
municipalité de Grigny. Après la Villette, il aimerait transporter l'exposition RobotScope partout
où cela sera possible.
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