Titre : Localisation et cartographie simultanées avec information de traversabilité en environnement déstructuré

Afin d’accélérer la recherche et l’innovation sur la mobilité autonome des véhicules terrestres en environnement complexe (route endommagée, présence d’obstacles, etc.), l’Agence nationale de la recherche (ANR) et l’Agence de l’Innovation de Défense (AID) lancent un appel à projets cofinancé : le Challenge MOBILEX (MOBILité en environnement complEXe), en partenariat avec le Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) et l’Agence de l’Innovation pour les Transports (AIT). Gérer la trajectoire d’un véhicule terrestre en tenant compte de la complexité de son environnement (pentes, routes non structurées, éboulements, etc.), et de son évolution (aléas météorologique), représente en effet un enjeu crucial de recherche pour les domaines civil, militaire et spatial. Dans le cadre de ce challenge Mobilex, Mines Paris PSL et Safran Electronics & Defense joignent leurs forces pour monter une équipe de recherche et développement autour d’un véhicule autonome terrestre tout terrain. La thèse proposée s’inscrit dans ce contexte (thèse Cifre avec l’entreprise Safran), et s’intéressera à une brique essentielle : la perception pour la navigation autonome.

La localisation et la cartographie de l’environnement immédiat d’un robot sont deux tâches qui s’alimentent mutuellement (le robot en se localisant construit une carte qui lui permet de se localiser), et constituent un domaine de recherche de la robotique connu sous le nom de SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Ce problème, parfois considéré comme le « graal » de l’autonomie d’un robot, a été adapté à de nombreuses applications, allant de la petite robotique intérieure (Hamzaoui, 2010)) à la voiture (G. Bresson, 2017) en passant par le drone (C. Forster, 2014). De nombreux algorithmes de type SLAM existent et peuvent être classés en fonction du ou des capteurs utilisés (Lidar, caméra(s),…), des méthodes utilisées (filtrage de Kalman, particulaire, ajustement de faisceaux,…), ou encore du type de carte produite (nuage de points 2D/3D, grille d’occupation, carte topologique…).

A ce jour, la combinaison de capteurs de type Lidar + caméra pour du SLAM en environnement routier donnent de bons résultats (voir Figure 1 (M. Valente C. J., 2018) , à la fin du document). En revanche, les choses se compliquent en environnement naturel et/ou destructuré (par exemple pour une intervention d’un robot autonome dans une zone sinistrée) car la nature des obstacles et la configuration du terrain peuvent rendre la notion d’accessibilité difficile à apprécier ; par exemple des herbes hautes peuvent être vues comme un obstacle par les capteurs et faussement indiquer une zone non franchissable, problème basique mais difficile.

Objectifs de la thèse :

Dans le cadre du challenge « Mobilex », les équipes auront à faire rouler un robot de taille intermédiaire dans un environnement naturel extérieur. Il s’agit d’un challenge en 3 étapes à la difficulté progressive, avec validation par des défis annuels. Lors de l’ultilme défi, des obstacles difficiles à gérer de type devers, fossé, ainsi que des zones d’exclusions seront à gérer. Le défi a vocation à faire progresser la recherche dans le domaine de la robotique autonome avec des applications civiles (reconnaissante et intervention en zone difficile ou sinistrée), spatiales, et militaires.

Cette thèse aura pour but de fournir des briques de perception permettant de cartographier l’environnement autour du robot ainsi que de le localiser au sein de cette carte. La carte produite doit pouvoir être exploitée par un algorithme de contrôle ou un opérateur : ainsi, on retournera au moins une carte 2D indiquant les zones roulables par le robot. Plusieurs contraintes introduites par le challenge serviront de support au développement des travaux.

Modalités :

Il s'agit d'une thèse Cifre en vision et robotique, en partenariat entre le groupe Safran et l'Ecole Mines Paris PSL. La thèse sera co-encadrée par Silvère Bonnabel (www.silvere-bonnabel.com) et Cyril Joly. Elle se déroulera entre le Centre de Robotique (CAOR) de Mines Paris – PSL, 60 bd Saint-Michel, 75006 Paris, et Safran Electronics & Defense, à Magny les Hameaux (site de Safran Tech).

Points de contacts : cyril.joly@mines-paris.psl.eu et silvere.bonnabel@minesparis.psl.eu

Démarrage souhaité au 4 ième trimestre 2024.