Le jumeau numérique est une copie virtuelle conforme à un objet physique, qui réplique en temps réel les mouvements et fonctionnalités vitales de l’objet en question. Florian Cantori et Rémi Ratajczak, ingénieurs robotiques de l’équipe Awabot Intelligence, décryptent cette notion dans le domaine de la robotique au service de l’industrie.
Principe du jumeau numérique
Rémi Ratajczak : “Le jumeau numérique correspond en quelque sorte à la numérisation d’un document dont nous avons l’habitude avec les scanners, sauf qu’il s’agit ici de numériser et/ou de modéliser en 3D des objets complexes, comme des machines, des véhicules ou encore des robots. On ne va pas se contenter de scanner l’objet, mais on va aussi représenter ses fonctionnalités dans son contexte d’utilisation.
Le jumeau numérique permet notamment de réduire les coûts en “testant” des fonctionnalités dans un monde virtuel réaliste, voire des interactions entre les machines d’un même environnement. Dans le contexte industriel ou logistique, cela permet de simuler les flux de produits, de personnes, des lignes d’assemblages… Et ainsi, de prototyper l’environnement industriel afin d’en optimiser le fonctionnement et le rendement. Dans l’industrie du transport, le jumeau numérique permet de dimensionner virtuellement des composants dynamiques (e.g., un moteur) à moindre coûts via la modélisation des composants internes de l’élément étudié.”
Florian Cantori : “Effectivement, le jumeau numérique est intéressant en phase de prototypage. La difficulté réside dans le fait de maximiser la conformité du modèle numérique par rapport au modèle réel car il peut survenir des approximations, des éléments difficiles à modéliser et pas forcément représentatifs de l’existant.
Au-delà du milieu industriel, Awabot Intelligence a par exemple travaillé avec une entreprise spécialisée dans les thérapies basées sur les ultrasons, qui souhaitait évaluer le prototype d’une nouvelle table d’opération. Nous avons établi un rapprochement du modèle numérique temps réel pour simuler ce qui se passait sur le prototype : l’intérêt était d’établir des mesures et des prévisions afin de mieux prévenir les éventuelles collisions entre la table et les instruments médicaux.
Par exemple, concernant cette fameuse table d’opération, il y avait une modélisation très simple à l’origine mais qui ne répliquait pas la déformation liée au poids du patient. Il aurait donc fallu établir une modélisation plus fine, tenant compte de la résistance des matériaux et de la déformation. Entre le modèle numérique parfait et la réalité, il peut y avoir des jeux de position de quelques millimètres. Pour cela, nous avons imaginé avec eux une étape de calibration qui permet d’effectuer des relevés en temps réel que l’on configure dans le modèle numérique : cette prestation a permis de minimiser les écarts entre l’existant et le numérique. »
Jumeau numérique versus simulation
FC : “A la différence du jumeau numérique, la simulation ne tient pas compte du symétrique avec la réalité. La simulation est purement virtuelle : on a un environnement de simulation dans lequel on va faire évoluer l’objet, par exemple un robot, dans lequel ce dernier doit évoluer. Tout cela est simulé et ne sort jamais du cadre virtuel.”
RR : “La prestation de simulation telle que proposée par Awabot Intelligence se base sur la modélisation d’ une “coquille vide”, dépourvue des fonctions internes de l’objet. Cela nous permet de tester des fonctionnalités hauts niveaux (e.g., navigation autonome, vision par ordinateur) sur un modèle 3D équipé de capteurs virtuels, représentatif d’un produit fini.
L’intégration matériel et le développement de drivers adaptés aux robots sont quant à eux gérés en parallèle ou en amont par nos équipes (sur matériel réel) afin de minimiser le time-to-product. Il est néanmoins important de remarquer que les concepts physiques sous-jacents (e.g., fonctionnement interne d’un moteur électrique) peuvent également être modélisés en simulation à condition d’avoir les outils adaptés.
Dans le cadre de ses prestations robotiques en lien avec les jumeaux numériques, Awabot Intelligence intervient ainsi à deux niveaux :
- l’intégration de jumeaux numériques, pour effectuer du développement en simulation ;
- la génération de modèles 3D d’environnements (cartes 3D), s’appuyant notamment sur le SLAM visuel. »
Des synergies entre réalité augmentée et jumeau numérique
FC : “Au delà de la modélisation 3D, il y a la réalité augmentée qui trouve une application concrète. L’idée est par exemple d’évoluer dans un environnement industriel existant et grâce à des outils jumeaux numériques transposés dans le modèle 3D, de visualiser des objets en réalité augmentée dans l’environnement réel à l’instant T. Très intéressant pour les industriels !”
RR : « La réalité augmentée couplée à l’IA a également un intérêt pour l’analyse visuel d’un environnement donné. En superposant un modèle 3D parfait ou préalablement observé, il est possible d’estimer les modifications qui sont apparues (e.g., sur un bâtiment, sur une machine) et de quantifier leur impact. Cela permet aux personnes sur le terrain d’avoir accès visuellement aux éléments d’intérêt et ainsi de gagner du temps dans leurs travaux. D’ici quelques temps, cela sera également rendu possible à distance, notamment grâce aux technologies de téléprésence augmentée en cours de développement chez Awabot… »
Vous souhaitez échanger sur un projet en lien avec le sujet abordé dans cet article ? Dotée de savoir-faire et compétences complémentaires couvrant l’ensemble des problématiques liées à la robotique, l’équipe Awabot Intelligence vous accompagne.
