La plateforme robotique opensource Poppy

 

 

Les outils matériels et logiciels

L’écosystème Poppy repose sur des briques matérielles modulaires, imprimées en 3d, et logicielles, qui permettent de construire des robots avec de nombreuses formes différentes, à faible coût de revient. Il existe de base trois robots Poppy dont les kits sont largement utilisés : le robot humanoide Poppy Humanoid, le robot Poppy Torso, et le robot éducatif Poppy Ergo Jr. Une multitude d’autres formes sont possibles.

La plateforme Poppy est une nouvelle architecture robotique modulaire et open-source, conçue pour aider les utilisateurs à créer et construire des robots personnalisés. elle permet, dans une approche similaire à celle de Lego, de construire des robots ou des objets intelligents en utilisant des éléments standardisés.

Poppy utilise un système unifié dans lequel les composants robotiques essentiels (actionneurs, capteurs…) sont des modules indépendants reliés entre eux par des interfaces standardisées :

– Interfaces mécaniques unifiées, simplifiant le processus d’assemblage et la conception de pièces imprimables en 3D.

– Communication unifiée entre les éléments utilisant le même connecteur et le même bus pour chaque module.

– Logiciel unifié, facilitant la programmation indépendante de chaque module.

Les robots de base de la plateforme :

– Poppy Humanoid est une plate-forme robotique robuste et complète conçue pour de véritables expériences dans le monde réel et qui peut être adaptée aux besoins spécifiques des utilisateurs.

– Poppy Torso est une variante de Poppy Humanoid qui peut être installé facilement sur une table. Plus abordable que le robot Poppy Humanoid, c’est un support idéal pour apprendre les sciences, la technologie, l’ingénierie et les mathématiques.

– Ergo Jr est un bras robotique conçu dans le cadre du projet Poppy Education (cf. 2^ème partie). Durable et peu coûteux, il est parfait pour être utilisé en classe. Il peut être programmé en Snap! ou en Python, directement à partir d’un navigateur web, en utilisant Ipython notebooks (un espace interactif dans une interface web pour le langage de programmation Python).

La programmation :

– Snap. Le système de programmation visuelle Snap, variante du logiciel Scratch du MIT Medialab. Ses caractéristiques permettent une introduction accessible et complète aux technologies de l’information. Plusieurs « blocs » spécifiques ont été développés à cet effet

– C++, Java, Matlab, Ruby, Javascript, etc. grâce à une API REST qui permet d’envoyer des commandes et de recevoir des informations du robot avec de simples requêtes HTTP.

Les simulateurs :

– Les robots Poppy peuvent être simulés avec le simulateur V-REP gratuit (voir figure 35). Il est possible de travailler en classe sur le modèle simulé et de permettre ensuite aux élèves d’exécuter leur programme sur le robot physique.

– Poppy Ergo est également simulable avec un visualiseur Web 3D.

Poppy a acquis une popularité nationale et internationale (présentation au Président de la République Française, à l’Assemblée Nationale et au Sénat, ainsi que par les grands quotidiens de la presse – Le Monde, Les Echos, Libération, …), sélectionné pour représenter les technologies Européennes par la Commission Européenne au grand événement AAAS 2015 à San Jose, USA.

Le projet a été mis en avant dans le rapport “Stratégie Nationale de Recherche France 2020” du ministère de l’Enseignement et de la Recherche.

Pour en savoir plus : http://www.poppy-project.org/fr/
Les sources et plans des logiciels et matériels sont disponibles sur https://github.com/poppy-project

 

Les usages de la plateforme Poppy

Dans le domaine scientifique.

Les robots Poppy Humanoide et Poppy Torso sont les premières plateformes de robotique humanoide au monde à la fois open-source et basées sur l’impression 3D permettant d’explorer rapidement des variantes morphologiques dans les domaines de Human-Robot interaction et du contrôle moteur. Egalement pour développer et étudier de nouvelles formes de prothèses robotiques ou pour expérimenter des dispositifs utilisant l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique.

A gauche : un robot Poppy Torso (l’agent d’apprentissage) est monté devant deux joysticks.

A Droite : configuration complète : un robot Poppy Ergo (vu comme un jouet robotique) est contrôlé par le joystick droit et peut frapper une balle de tennis dans l’arène qui modifie alors les lumières et les sons.

Plate-forme de 6 robots avec un environnement identique : joysticks, Poppy Ergo, balle dans une arène, et un distracteur. La barre centrale supporte les 12 caméras du haut.

Dans le domaine artistique

Grace à sa morphologie qui fournit des degrés de liberté que très peu d’autres robots humanoïdes possèdent, et grâce aux outils de programmation visuelle pour les non-informaticiens, la plateforme humanoïde Poppy est devenue un outil majeur de travail pour plusieurs compagnies de Danse qui réalisent des spectacles avec le robot dans plusieurs pays.

Dans le domaine éducatif

La plateforme robotique Poppy a montré de telles qualités pour l’éducation, en particulier pour l’enseignement des sciences du numérique (informatique, robotique, IA) qu’un projet dédié a vu le jour, Poppy Education (cf partie 2.), financé par Inria, la région Nouvelle Aquitaine et les fonds européens FEDER.

La communauté Poppy

La communauté Poppy rassemble plus de 1200 personnes (https://forum.poppy-project.org/ et la chaine Youtube Poppy montre de nombreuses réalisations des membres de cette communauté (https://www.youtube.com/c/PoppyProjectOrgVideosDu ).

Du côté des Arts, plusieurs groupes d’artistes utilisent la plateforme pour des projets et représentations de grande envergure, par exemple : http://shonen.info/schoolofmoon/. Voir aussi : https://forum.poppy-project.org/c/art .

La communauté s’est agrandie grâce au projet Poppy Education qui a draîné beaucoup d’enseignants vers les forums Poppy.

 

 

Poppy Education

Le projet Poppy Education

Poppy Education, financé par Inria, la région Nouvelle Aquitaine et les fonds européens FEDER.

Exploitant la plateforme robotique Poppy, le projet Poppy Education vise à créer, évaluer et diffuser des kits pédagogiques complets, open-source et à faible coût, pour l’enseignement de l’informatique et de la robotique dans l’enseignement secondaire et supérieur, les centres de culture scientifique et les Fablabs. Son ambition est d’aider les jeunes à s’approprier les concepts et les technologies du monde numérique.

Les kits développés dans le cadre du projet ont été pensés pour être motivants, accessibles aux débutants, permettant d’initier à la pensée informatique et de déclencher des vocations dans le secteur de la création numérique et plus généralement de l’informatique. Ils comprennent des robots et des ressources pédagogiques et ont été co-créés avec les enseignants et évalués lors de séances en classe.

Poppy Education a permis de créer un nouveau robot, Poppy Ergo jr, d’améliorer notablement les fonctionnalités des robots déjà existants, de développer de nouvelles activités pédagogiques et de faire émerger des projets robotiques ambitieux par les enseignants et leurs classes.

Plusieurs centaines de kits pédagogiques robotiques, bras Poppy Ergo Jr et activités pédagogiques associées, sont actuellement dans des établissements scolaires, principalement en prêt en ce qui concerne les robots. Une dizaine de formations d’enseignants ont accompagné cette diffusion.

Des témoignages : https://www.poppy-education.org/communaute/temoignages/

Des reportages vidéos : https://www.youtube.com/playlist?list=PLdX8RO6QsgB4tWZLeXeszNnCMjzwqSRLd

Le robot Poppy Ergo jr

Le robot Poppy Ergo Jr est un petit bras robotique de 6 degrés de liberté à faible coût. Il se compose de formes simples qui peuvent être facilement imprimées en 3D. Il dispose de plusieurs outils imprimés en 3D pour étendre ses capacités : il y a actuellement l’abat-jour, la pince et un porte-crayon/pinceau et il est bien possible d’en concevoir de nouveaux. Ils sont assemblés à l’aide de rivets qui peuvent être enlevés et ajoutés très rapidement avec l’outil OLLO. Chaque moteur a des LEDs allumées (8 couleurs différentes peuvent être activées). La carte électronique (Raspberry Pi) est à côté du robot, ce qui permet de brancher des capteurs supplémentaires.

Exemple de programmation du robot reproduisant une forme dessinée

Simulateur de Poppy Ergo Jr : l’objectif est de permettre aux utilisateurs de s’approprier l’environnement du robot même s’ils ne possèdent pas de robot physique. Dans ce but, l’équipe de Poppy Education a créé un robot factice accessible dans une application web utilisant un moteur 3D.

Les activités Poppy Education

Les activités ont été conçues pour le langage de programmation visuel Snap! (de type Scratch) et Python, mais certains projets ont été construits en Java / Processing (grâce à l’API du robot, il est possible d’utiliser le langage de son choix de son choix).

La plupart des activités utilisent le robot Poppy Ergo Jr, mais certaines reposent sur le robot Poppy Torso, surtout dans l’enseignement supérieur, et même parfois sur Poppy Humanoid (en maternelle et en primaire pour des projets autour de la danse).

Grâce au projet, le livret pédagogique open source « Apprendre à programmer Poppy Ergo Jr en Snap » a pu être créé, imprimé et diffusé gratuitement à plusieurs centaines d’exemplaires.

Composé d’activités pédagogiques guidées pour se familiariser avec le robot Poppy Ergo Jr, pour s’initier au langage de programmation Snap! et pour apprendre les bases de la programmation (programmation séquentielles, boucles, conditions, variables etc.), avec également des idées de défis et de projets pour appliquer les connaissances nouvellement créées, c’est un support très apprécié par les enseignants et leurs élèves. https://hal.inria.fr/hal-01384649/document

D’autres activités ont été créées et des projets éducatifs ont été rédigés pour chaque activité réalisée et testée en classe. Chaque projet a sa propre page web comprenant des ressources permettant à tout enseignant de réaliser l’activité (description, fiche pédagogique, photos / vidéos, fiche élève, fiche professeur avec correction, etc). Il y a maintenant 32 activités documentées disponibles sur le site web https://www.poppy-education.org/activites/activites-lycee, et sur le forum du projet où chacun est invité à commenter et à en créer de nouvelles : https://forum.poppy-project.org/t/liste-dactivites-pedagogiques-avec-les-robots-poppy

L’expérimentation et la recherche dans Poppy Education

Poppy Education intégrait une dimension recherche et évaluation. Celle-ci s’est vue renforcée par l’arrivée du projet Persévérons dans le cadre d’un programme porté par le gouvernement Français.

Poppy Education et le projet Persévérons

Le projet Persévérons (étude de la persévérance avec/par les objets numériques), coordonné par l’Université de Bordeaux, l’ESPE d’Aquitaine et le Rectorat de Bordeaux, vise à mesurer l’efficacité réelle des techniques numériques en éducation pour améliorer la motivation et la persévérance scolaire et ainsi réduire l’échec scolaire. Le projet propose d’analyser les effets réels de l’utilisation de deux types d’objets, robots, tablettes, en comparant le contexte scolaire (écoles, collèges, lycées) et non scolaire (fablabs). Poppy Education a saisi l’opportunité de faire financer une thèse de doctorat par ce projet financé par l’état Français dans le cadre des Programmes d’Investissement d’Avenir. La thèse, menée par Thibault Desprez, s’achève en décembre 2019.

Le site du projet : http://perseverons.espe-aquitaine.fr.

Les expérimentations

Grâce à Poppy Education, tout était en place pour concevoir et expérimenter des robots et des activités pédagogiques en classe. Les robots étaient conçus en pensant aux utilisateurs finaux, les outils pédagogiques créés directement avec les utilisateurs et évalués en situation réelle à travers des expérimentations. Les enseignants et les chercheurs co-créaient les activités, les testaient avec les élèves en classe, partageaient leur expérience et réaliser les développements technologiques nécessaires.

Mi-2018, il y avait 36 établissements scolaires (principalement des lycées) partenaires de l’expérimentation.

Les expériences pédagogiques en classe réalisées pendant la première année (2017) n’ont pas permis de créer et d’expérimenter de nombreuses activités robotiques. Ces activités sont conçues comme des ressources pédagogiques introduisant la robotique. L’objectif principal de la deuxième année (2018) était de rendre toutes les activités et ressources réutilisables (avec description, documentation et illustration) faciles et accessibles tout en poursuivant les expériences et la diffusion des kits robotiques.

Les enseignants partenaires de Persévérons ont continué à utiliser les robots en classe et à créer et tester de nouvelles activités en classe. De nouvelles formations ont été organisées pour leur faire découvrir et utiliser la plateforme robotique. Des visites en classes de membres de Poppy Education dans les établissements ont eu lieu pour évaluer les outils pédagogiques, robots et activités, dans un contexte réel d’utilisation.

Des réunions ont été organisées tout au long de l’année incluant tous les enseignants participant au projet ainsi que toute l’équipe Poppy Education afin d’échanger sur leur expérience d’utilisation des robots comme outil pédagogique, et de comprendre leurs besoins. Ceci aide à mieux comprendre les besoins éducatifs, à créer et à améliorer les outils pédagogiques.

L’évaluation

L’impact des outils pédagogiques créés en laboratoire et expérimentés en classe est en cours d’évaluation par le doctorant Thibault Desprez, tant qualitativement et quantitativement. Convivialité, efficacité, satisfaction des utilisateurs, ergonomie des outils, dans un premier temps. Ensuite, dans une deuxième étape, l’identification des éléments susceptibles d’être influencés par l’utilisation de ces outils. Par exemple, les représentations de la robotique par les élèves, leur motivation à réaliser ce type d’activité ou l’évolution de leurs compétences dans ces domaines. En 2017, ont été menées des expérimentations pour évaluer la convivialité des kits. Nous avons également recueilli des données sur les perceptions des élèves à l’égard de la robotique.

Les résultats sont attendus pour 2019.

Quelques liens web Poppy Education

– Le site web du projet pour partager toutes les ressources et activités : https://www.poppy-education.org/

– Introduction à Ergo Jr et Snap ! https://www.poppy-education.org/activites/initiation-ergo-jr-et-snap

– Tutoriels Ergo Jr et Python : https://www.poppy-education.org/activites/tuto-python-robot-ergojr

– Niveau secondaire : www.poppy-education.org/activites/activites-lycee

– Niveau collège.. : www.poppy-education.org/activites/activites-college

– Niveau des écoles primaires : https://www.poppy-education.org/activites/activites-primaire/

– Démonstrations en vidéo : https://www.poppy-education.org/activites/demos/

– La documentation de la plate-forme robotique Poppy en anglais https://docs.poppy-project.org/en/

et la documentation en français https://docs.poppy-project.org/fr/ .

– Une FAQ rédigée avec les questions les plus fréquentes pour aider les utilisateurs : https://www.poppy-education.org/aide/

Des partenariats autour de Poppy Education

– Ecole d’ingénieurs des Arts et Métiers

Le campus Arts et Métiers de Bordeaux-Talence, en partenariat avec Inria, souhaite contribuer à son expertise pédagogique et scientifique au développement de nouvelles méthodes et outils pédagogiques. L’objectif est de développer des séquences d’enseignement basées sur une approche projet, s’appuyant sur un système technologique pluridisciplinaire attractif : le robot humanoïde Inria Poppy.

Le robot humanoïde Inria Poppy offre une plateforme ouverte capable de fournir un fil conducteur pour les différents sujets abordés au cours des 3 années de la formation bachelor : mécanique, fabrication (impression 3D), électrique, mécanique, électronique, informatique, design.

– Canopé Gironde

Le projet  » Poppy entre dans la danse  » a été mené deux fois, en 2017 et 2018, et utilise le robot humanoïde Poppy. Le but de ce projet est de permettre aux enfants de comprendre les interactions entre la science et la chorégraphie, de jouer avec le hasard et la programmation, de vivre le mouvement en dialogue avec la machine. Au début du projet, ils ont participé à deux jours de formation sur le robot humanoïde (Inria – Coquelicot Education). Au cours du projet, ils ont rencontré le chorégraphe Eric Minh Cuong Castaing et des ingénieurs d’Inria membres de Poppy Education.

Une description du projet ici : https://www.youtube.com/watch?v=XfxXaq899kY

– Académie de Bordeaux

La Délégation Académique pour l’Education Numérique de l’Académie de Bordeaux est chargée de soutenir le développement des usages numériques pour la pédagogie. Elle met en œuvre la politique numérique éducative de l’académie en partenariat avec les autorités locales. Elle accompagne quotidiennement les institutions, encourage les innovations et participe à leur diffusion.

– RoboCup Junior, l’événement mondial majeur autour de la robotique éducative

RoboCupJunior OnStage invite les équipes à développer une performance scénique créative en utilisant des robots autonomes qu’elles ont conçus, construits et programmés. L’objectif est de créer un spectacle robotique d’une durée de 1 à 2 minutes qui utilise la technologie pour capter l’attention du public. Le défi se veut ouvert. Cela inclut toute une gamme de performances possibles, par exemple la danse, le conte, le théâtre ou une installation artistique. Le spectacle peut comporter de la musique, mais c’est facultatif. Les équipes sont encouragées à être aussi créatives, innovatrices et divertissantes, tant dans la conception des robots que dans la conception de la performance globale.

Les équipes de Poppy Education se sont distinguées en allant en finale à Montréal en 2018.

Des évènements

Poppy Education a participé à de nombreux événements, conférences scientifiques ou grand public, formations. Par exemple :

• Colloque Didapro-Didastic Namur janvier 2016 et Yverdon février 2018
• Forum EIDO 64 2016, 2017 et 2018
• Robot’s Makers Day ENSEIRB,
• Educatec-Educatice mars 2016, novembre 2017 et novembre 2018
• Journées robotique et éducation IFE Lyon mai 2016 et octobre 2018
• Forum des Nouvelles Initiatives de Médiation Scientifique NIMS CPU CNRS mai 2016
• Université d’été Ludovia 2016, 2017, 2018
• Salon Innorobo 2017,
• Colloque Robotique et Education de Bordeaux 2015, 2016, 2017
• Conférence mondiale Scratch 2015 et 2017
• Conférence NIPS 2016 à Barcelone avec une démo (récompensée par un prix) d’IA avec Poppy Torso et Poppy Ergo Jr
• Fête de la science 2016, 2017 et 2018
• Bordeaux Geek Festival 2017 et 2018
• Formations Main à la Pâte 2017 et 2018
• Atelier Ergo au CERN 2017 et 2018
• Atelier Poppy ergo Jr à Scientae Robotica à Lausanne avril 2018
• Festival Robotique d’Evian 2016, 2017 et 2018
• Robocup Junior internationale 2018, avec la participation d’équipes de jeunes de collèges et lycées à l’épreuve On Stage avec des Poppy Ergo et qualification pour la finale à Montréal
• etc…

Rayonnement et perspectives

Poppy education est devenu de plus en plus présent dans le paysage de l’éducation et de la formation, en particulier pour l’enseignement des sciences du numériques, avec le bras robotique Poppy Ergo dans l’enseignement primaire et secondaire, avec Poppy Torso et Poppy Humanoïde dans l’enseignement supérieur.

Plus de 50 lycées et collèges en France utilisent les kits Poppy Ergo Jr. Des FabLabs en France et à l’étranger utilisent ces plateformes dans le cadre de projets éducatifs, par exemple : http://inmediats.fr/tag/poppy-2/.

La dynamique impulsée par le projet a été majeure et Poppy Education est inscrit dans le paysage d’éducation au numérique d’aujourd’hui, national et international. Poppy Education est intégré aujourd’hui dans un projet plus large nommé « Persévérons », porté par l’université de Bordeaux, l’ESPE d’Aquitaine et l’Académie de Bordeaux, obtenu dans le cadre de projets E-FRAN des Programmes d’Investissement d’Avenir.

Des projets se sont développés en Europe, dans les Caraïbes, en Europe, aux Etats-Unis (au MIT, recherche Poppy Ergo Jr et IA pour l’éducation), …, jusqu’à l’île Maurice.

Le CERN (Genève, pas vraiment europe du coup) utilise les kits Poppy Education dans le cadre de son micro-club, SNCF Développement organise des formations sur la plateforme Poppy dans ses Ecoles de la Réussite, dans les 8 centres Inria la médiation scientifique fait appel aux kits dans le cadre de ses activités, l’Institut Pasteur prépare une formation de tous ses personnels scientifiques avec Poppy Education, les Ecoles d’ingénieur ENSAM l’exploitent dans leur cursus de formation.

Afin de pérenniser les développements et la dynamique impulsés par Poppy Education, une nouvelle structure a été créée, Poppy Station (cf partie 3.), intégrant de nombreux partenaires et portée par une même vision, celle de l’open source, de l’accessibilité au plus grand nombre, de l’excellence technologique et de l’innovation.