Projet ModelPi-CRover

Au côté du Centre de Recherche et d’Enseignement de Géosciences de l’Environnement (CEREGE) et, plus particulièrement, de son pôle modélisation, le projet modelPi-CRover propose à des étudiants (collégiens, lycéens, écoles d'ingénieurs, universitaires) de contribuer au développement d’un Rover doté d'une intelligence artificielle lui permettant, non-seulement, d'être complètement autonome vis à-vis de ses déplacements ou de son énergie, mais également d'accomplir des mesures environnementales adaptées. Ce Rover, nommé modelPi-CRover, basé sur la technologie Raspberry-Pi, est conçu dans l'objectif de mesurer, d'analyser et de transmettre de nombreux paramètres environnementaux tels que :  la topographie (position GPS, élévation), des indicateurs de faunes et de flores (acoustiques et vidéos), la météorologie (température, taux d'humidité / d’ensoleillement, pression,...), la pédologie (composition du sol, le magnétisme,...) et ce, sur l'ensemble d'une zone d'étude sur laquelle le CRover se déplacera.

Le CEREGE, est une Unité Mixte de Recherche (UMR 34) dont les tutelles sont l’Université Aix-Marseille (AMU), le CNRS (UMR 7330), l’IRD (UMR 161), le Collège de France et l'INRA  (UMR 1410). Ses locaux sont situés sur la technopôle de l'environnement Arbois-Méditerranée, située sur le petit Plateau de l’Arbois (Aix-en-Provence, Les Milles) et sur le campus de l'Université Aix-Marseille-Saint-Charles à Marseille. Le CEREGE développe des recherches dans les disciplines des sciences de la Terre et de l’environnement. Ces recherches concernent la paléoclimatologie et la paléocéanographie, la géodynamique et les fluides associés, la dynamique des sols, l’eau et les déchets, la morphogénèse et les risques naturels, la planétologie et la géophysique de surface, l’évolution des sols tropicaux, et les ressources en eau en zone littorale méditerranéenne.

Le CRover est un projet ambitieux d'ingénierie et de recherche qui permettra au CEREGE de se doter d’un outil d'ingénierie, d'étude, de recherche et de modélisation scientifique permettant d’explorer et d’expliquer les phénomènes naturels.

Le projet proposé constitue, entre autre, un support idéal pour l'enseignement, permettant de promouvoir les sciences auprès des jeunes. Le nano ordinateur Raspberry Pi, véritable centre nerveux de ce Rover, est capable de prendre des décisions adaptées en se basant à la fois sur les mesures effectuées par ses capteurs et sur les algorithmes implémentés par les développeurs. De plus, Il est conçu pour être "simple" à mettre en oeuvre (multiples ressources sur internet [2]) mais aussi économique par son faible coût matériel (capteurs, propulsion, châssis)[8]. Le CRover est une ressource éducative fédératrice permettant d'apprendre les sciences par le biais d'un projet attractif. Généralement appliqués au milieu de l’éducation, les projets Raspberry Pi ont un très grand potentiel pédagogique faisant naître chez les étudiants un véritable engouement et une persévérance pour l'exploration des sciences par l'informatique, l'électronique, la programmation, la physique et les mathématiques. La robotique permet, entre autre, de développer chez les enfants le goût des sciences par l'application de notions souvent abstraites pour eux. Ce projet, qui se déroulera sur plusieurs années, plusieurs établissements et plusieurs niveaux scolaires, peut faire l'objet de nombreux développements avec l'opportunité d’ajouter des fonctionnalités imaginées par les jeunes. 

Ce projet comporte de nombreux challenges :

  1. Le CRover doit être en mesure de se déplacer, sans intervention humaine, dans un milieu naturel accidenté, réagissant en fonction de  son environnement direct (arbres, pierres, trous, eau, etc...). Ainsi, outre une propulsion et un châssis adapté, le CRover doit être équipé de capteurs consacrés à la détection d'obstacles (infrarouges, ultrasons, caméra…) permettant une gestion précise des mouvements.
  2. Le CRover doit pouvoir suivre un itinéraire ou parcourir une zone d'étude définie, soit par des coordonnées GPS soit d'après les mesures prises par ses capteurs.
  3. Le CRover doit être capable de réaliser des mesures environnementales au moyen de ses propres capteurs ou de capteurs connectés à l'occasion d’une campagne d’étude particulière. Ces mesures seront alors stockées sur un disque dur embarqué.
  4. Le CRover doit pouvoir communiquer les informations recueillies sur le terrain et/ou traitées en les transmettant via 3G au laboratoire (si la couverture et la taille de la donnée le permettent).
  5. Le CRover doit être capable de réaliser des traitements algorithmiques complexes (reconnaissance d’image, détection d’événement, classification) ce qui est permis par la puissance du raspberry pi. Ces résultats pourront alors être transmis.

Chacun de ces challenges peut être décomposé en plusieurs projets correspondant à une fonctionnalité particulière traitée de manière quasi indépendante des autres. La mise en oeuvre du projet ModelPi CRover, le périmètre d’étude, les compétences à acquérir et l'organisation du temps de travail seront naturellement à envisager avec les enseignants intéressés dont l'investissement est essentiel pour la réussite de ce projet.

                                                           

La liste des éléments de construction du CRover que je propose ci dessous ne l’est qu'à titre indicatif. En effet, Il existe une multitude de capteurs qui répondent aux mêmes besoins et le choix doit se faire, avec les élèves, lors de la conception précise du projet. L'intention de cette liste, est de montrer non seulement la modularité de ce projet qui permet à plusieurs équipes/chercheurs/projets de travailler sur le CRover en lui greffant des fonctionnalités différentes mais également l'écosystème technologique, le faible coût des composants électroniques et la possibilité de contrôler entièrement la conception du CRover.

  1. Éléments centraux du CRover
  1. Éléments dédiés à la robotique:
  1. Éléments dédiés à la  mesure Environnementale :
  1. Divers :

Ce projet extrêmement ouvert nécessite un financement complet entre 1500€ et 3000€ qui pourra et sera partagé entre diverses sources qui s'avèrent intéressées par ses applications possibles (journée de la science, équipe RRH, APIC, stage…) et ce sur plusieurs années. Par conséquent, le matériel, les idées ou les algorithmes pourront être mutualisés entre les projets raspberry qui par ailleurs sont déjà à l'étude au CEREGE. Je me propose de créer une synergie entre les établissements scolaires pilotes, chercheurs, stagiaires pour mener à bien ce projet. Si vous êtes intéressés, inspirés par ce projet ou par les applications dont il peut faire l'objet ou tout simplement pour plus d'informations n'hésitez pas à me contacter.

Contact : Ghislain GASSIER

Ingénieur de recherche en modélisation,
Tél: 06 03 97 59 17

e-mail: gassier@cerege.fr

Référence :

[1] https://www.cerege.fr/fr

[2] Fabrication numérique : mieux s'outiller pour enseigner à collaborer  

[3] Créer à peu près n'importe quoi en quinze semaines - Introduction (première partie]

[4]Apprendre les sciences par la robotique pédagogique

[5]Quelle est la place de la robotique pédagogique au sein de l’éducation ?

[6]R.Cerda, un robot simple basé sur le Raspberry pi

[7]CamJam EduKit 3 – Robotics

[8] boutique (acceptant les bons de commande administratifs)