affordance

En robotique, une affordance est une propriété ou une caractéristique d'un objet dans l'environnement qui permet une action ou une interaction spécifique de la part du robot. Lorsqu'un système de vision robotique détecte une poignée sur une porte, cette poignée offre la possibilité d'être saisie ; lorsqu'il voit une surface plane à la bonne hauteur, cette surface offre la possibilité de placer un objet. Les affordances sont relationnelles : elles n'existent pas uniquement dans l'objet, mais dans l'association de l'objet avec les capacités et les contraintes du robot. Un petit rebord offre une prise pour une pince avec des mâchoires de 10 mm, mais pas pour une pince avec un dégagement minimum de 20 mm.

Le concept est issu de la psychologie écologique, mais il est devenu essentiel dans la manipulation et la navigation robotiques modernes. Plutôt que de programmer des règles explicites pour chaque action, les ingénieurs construisent des systèmes qui apprennent ou détectent les affordances : des caractéristiques visuelles qui signalent comment un objet peut être utilisé. Un robot apprenant d'une démonstration humaine pourrait identifier que des formes cylindriques avec des surfaces texturées permettent une préhension à certains diamètres, ou que des surfaces orientées vers le bas permettent un mouvement de glissement. Le robot associe des indices visuels et tactiles à des résultats de manipulation réussis.

Affordances en perception et contrôle

En pratique, un robot doit inférer les affordances à partir des données de capteurs, qu'il s'agisse de caméras, de capteurs de profondeur, de retour de force ou de matrices tactiles. Une tâche de poussée nécessite des surfaces qui permettent le glissement sans frottement excessif ; une tâche d'empilement nécessite des surfaces qui permettent un contact stable et une bonne répartition du poids. Les systèmes d'apprentissage profond entraînés sur des données de manipulation peuvent prédire des cartes d'affordances, généralement des matrices de caractéristiques spatiales superposées aux images de la caméra, qui indiquent où et comment l'interaction est possible. Ces cartes guident la planification des mouvements et la configuration des pinces.

L'inadéquation des affordances est un mode de défaillance courant. Un robot entraîné à reconnaître les poignées sur des objets cylindriques peut échouer sur des poignées ovales ou en forme de D. Une pince calibrée pour le plastique lisse peut glisser sur du métal huileux. La variation environnementale, le bruit des capteurs et l'usure des doigts mécaniques dégradent tous la détection des affordances. C'est pourquoi les systèmes robustes combinent plusieurs modalités d'entrée et incluent une détection de force ou de couple pour confirmer qu'une affordance prévue existe réellement avant de s'engager dans une action énergique.

Le terme lui-même vient de la théorie du design de James Gibson, qui l'a utilisé pour décrire les possibilités d'action qu'un environnement présente à un organisme. En robotique, les affordances comblent le fossé entre la perception et l'action : elles sont l'interface entre ce que le robot observe et ce qu'il peut faire. La compréhension des affordances est désormais essentielle pour le transfert du simulé au réel, où les robots entraînés en simulation doivent reconnaître que les affordances dans le monde physique peuvent différer subtilement de celles du modèle simulé.