Opel GTC

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mercredi 1 janvier 2020

2020-2030 : décade de la transformation mécatronique pour tous !

par l'Ingénierie Système Assurée par les Connaissances en 4D et en 5D.

La décade mécatronique 2020 démarre ... source d'emplois, d'espoirs et de progrès techniques.
Avec un regard prospectif à 10 ans, est-il possible d'imaginer - au 1er janvier 2030 - ce que pourraient être les progrès mécatroniques réalisés par l'Industrie et l'Homme ? Cet article de synthèse ludique sert donc - à l'instar de la chanson de Patrick Bruel - à se dire "RV dans 10 ans".


Il était une fois le 1er Janvier 2030, Jean - Ingénieur Système - ...


Fig. 1 : Interface neuronale.
Source : Santé sur le net - Fev 2019.
... qui se réveille et arrête son magnétoscope à enregistrer les rêves ... Relié à l'assistant personnel Alexa v12, le magnétoscope lui indique alors :
- "Bonjour Jean ... Bien dormi ? ...
- 3 visions de déjeuners au Sancerre cette nuit dans votre rêve ... Votre cave est vide sur cette AOC ... Dois-je commander une bouteille de ce vin au millésime 2023 particulièrement plébiscité sur les réseaux sociaux ?"
- "Oui", répond Jean, "mais avec bouchon connecté et recettes assorties" ...

Puis Jean se dirige vers sa salle de bain où un bain chaud l'attend ... Alexi, son majordome mécatronique en communication télépathique 6G avec le magnétoscope cérébral, a détecté le réveil imminent du maitre de maison et a programmé le remplissage automatique de la baignoire à la bonne température.

Fig. 2 : Ecran holographique.
Source : PhonAndroüd - Nov 2018.
Se plongeant alors dans l'eau tiède, Jean démarre la découverte des nouvelles du jour, les yeux rivés au plafond. L'écran holographique 3D vient de s'allumer à la détection de sa présence dans le bain : "Aujourd'hui 1er Janvier 2030, pas de voitures brulées pour la St Sylvestre car on ne jalouse plus son voisin, les automobiles étant désormais majoritairement opérées par la municipalité qui organise les déplacements urbains individuels en partenariat avec BlaBlaScooter et BlaBlaDrone. Pas de grèves SNCF non plus pour les régimes spéciaux des retraites car les trains savent maintenant rouler seuls. Enfin, pas de coupures sauvages d'électricité car l'hydrolyseur personnel de votre jardin sait transformer le vent de la nuit et la lumière du jour en une confortable réserve d'hydrogène pour la pile à combustible domestique de votre maison, pile qui peut désormais recharger en continu la flotte familiale de vos gyropodes et chauffer électriquement la maison."

Une heure après s'être relaxé dans sa salle d'eau, sortant du bain, Jean voit alors arriver sur son mico-héliport de jardin le drone de livraison de La Poste qui vient d'apporter sa bouteille de Sancerre ...


L'alliance de la mécanique, de l'électronique et de l'informatique temps réel


Fig. 3 : Centre d'usinage moderne,
archétype du système mécatronique.
Contrairement à certaines prédictions qui annoncent un 21ème siècle exclusivement digital et immatériel, le nouveau millénaire sera en fait mécatronique - (cf Fig. 3).  Il démarre par l'amélioration foudroyante des systèmes industriels complexes mécatroniques couplant à la fois mécanique de précision, électronique numérique & quantique et informatique temps réel.

L'architecture de chaque système mécatronique comprend 3 composants majeurs :
  • un sous-système structural à dominante mécanique et énergétique, fournissant squelette et muscles pour assurer une cinématique contrôlée et les mouvements permettant d'agir sur le monde,
  • un sous-système de commande à dominante électronique et automatique, embarquant l'intelligence de la machine, couplée à de nombreux capteurs et à des lois de commande pour réguler les mouvements du système structural et s'adapter aux situations,
  • un sous-système d'interfaces IHM et IMM à dominante ergonomique et cobotique, permettant l'interaction avec les êtres humains utilisateurs et les machines connexes pour anticiper et répondre à leurs besoins d'échanges et de pilotage.


Pour améliorer les systèmes mécatroniques de la décennie à venir, les progrès technologiques à l'horizon 2030 des composants constitutifs seront de diverses natures :
  • p1 : le "métal liquide à température ambiante" permettra, à l'aide de la Fabrication Additive Métallique (FAM), de distribuer dans l'espace la poudre métallique fusionnée par laser là où les contraintes mécaniques le commandent afin d'aboutir à des pièces robustes, légères et facilement recyclables - (cf Fig. 4),
  • p2 :
    Fig. 4 : Fabrication Additive Métallique ... ou la
    maitrise du "métal liquide à température ambiante".


    la pile à combustible fonctionnant à l'hydrogène - alimentée par 2 réservoirs distincts : l'un de silane l'autre d'eau, afin de produire, de manière compacte, sans risque cryotechnique ni explosif, l'hydrogène à la demande - transformera l'oxygène de l'air en puissance électrique sans déchet ni émission de CO2,
  • p3 : les capteurs de paramètres d'état de système, avec notamment la généralisation du lidar détectant - à l'instar du radar mais à l'aide d'un laser - tout objet sur la trajectoire d'un système mécatronique en mouvement (ie : voiture, camion, bus, navette, avion, droïde, ...) nourriront en permanence les calculateurs temps réel hébergeant les lois de commandes - (cf Fig. 5),
  • p4 : les systèmes productifs de l'usine du futur et de l'industrie 4.0, tirés par les progrès de la cobotique - nouvelle discipline de coopération entre l'ouvrier et la machine et des machines entre elles - ainsi que par les avancées de l'économie circulaire pour le recyclage des matières premières inscriront leurs progrès dans des objectifs industriels d'éco-production et d'éco-conception,
    Fig. 5 : Image lidar d'une automobile autonome.
    Source : Velodyne.
  • p5 : les nouveaux calculateurs quantiques - consommant et générant des qbits - permettront de paralléliser la résolution de problèmes décisionnels complexes et hautement combinatoires,
  • p6 : les algorithmes de machine learning et d'apprentissage automatique - consommant et générant des kits (knowledge digits) et des cits (certitude digits) - permettront aux systèmes mécatroniques d'améliorer sans cesse leurs comportements spatio-temporels en fonction de l'environnement rencontré (ie : ajustement de trajectoires, réflexes adaptatifs, ...),
  • p7 : les algorithmes de reconnaissance automatique de la parole pour la commande vocale et le dialogue synthétique multi-langues entre êtres humains et avec les machines fluidifieront l'interaction linguistique et la compréhension mutuelle.


Le lendemain, Jean se prépare à aller au travail ...


Fig. 6 : Igloo lunaire de l'ESA.
Source : European Space Agency.

... en commandant son taxi-robot ... Les véhicules ont désormais été chassés des centres-villes et le stationnement des véhicules privés a disparu des cités.  A la place officie une noria de navettes et de véhicules électriques municipaux autonomes qui transportent Jean "à la demande" à l'adresse de son entreprise.

Il est Ingénieur Système chez AIRBUS Lunar Systems (ALS), en charge de la conception de la première génération d'imprimantes 3D innovantes qui va imprimer les igloos lunaires destinés à abriter en 2040 le retour de l'Homme sur la Lune pour sa colonisation - (cf Fig. 6).

Il utilise pour cela son nouveau logiciel web de CAO 4D qui génère automatiquement des modèles géométriques 3D de structures mécaniques à partir de bases de connaissance et de règles métier.  Le nombre d'options de conception étudiées est très grand et de nombreuses solutions topologiques de pièces fonctionnelles et fabricables lui sont proposées.

Fig. 7 : Système de CAO 4D assurée par les Connaissances
pour la conception règlée de systèmes mécatroniques.
Tandis que les règles métier utilisées par Jean avec son logiciel de CAO 4D assurée par les connaissances ont été patiemment extraites manuellement de l'expérience métier d'ALS en fabrication soustractive de pièces, divers algorithmes de CAO 5D commencent à ausculter ses prises de décision en Ingénierie Système d'imprimantes lunaires et de nombreuses bases de données métier en open data sur la toile.  Ces algorithmes inductifs de CAO 5D génèrent alors automatiquement les premiers modèles déductifs de CAO 4D fondés sur les meilleures règles métier du moment, rendant ainsi Jean apte à exploiter rationnellement la mémoire métier d'ALS constituée de ses succès et de ses échecs passés en conception - (cf Fig. 7).

Entretemps, le grand projet mécatronique ITER annonce la réussite d'un premier plasma thermonucléaire d'efficacité énergétique Q supérieur à 1 et d'une durée supérieure à 10 minutes, ouvrant ainsi tous les espoirs possibles vers l'énergie électrique propre pour tous à l'horizon 2050 - (cf conf. Agora ECL).


Transformer mécatroniquement l'économie pour la sobriété matérielle


Dans le cadre de la transition énergétique où il devient urgent de décarboner l'économie, l'Humanité continue d'évoluer - lentement mais surement grâce aux progrès techniques de la "transformation mécatronique pour tous" - vers la sobriété matérielle.

Il s'agit alors de développer les concepts, les méthodes, les outils CAO 4D et 5D, les capacités de l'Ingénierie Système pour inventer les produits mécatroniques sobres du futur, "mieux faits avec moins de ressources matérielles et plus d'intelligence collective" :
  • moins d'énergie ... par les technologies "bilan basse énergie" (ie : LED, BLE, pompe à chaleur, ...),
  • moins de matériaux ... par la fabrication additive industrielle (ie : plastique et métal),
  • moins de déchets ultimes ... par le recyclage des matériaux de l'économie circulaire (ie : cycles courts, production locale),
avec pour conséquence le développement des nombreux emplois nouveaux et métiers du futur, comme déjà spécifiés dans l'article suivant :

Conclusion

Fig. 8 : Droïde Atlas de la
société Boston Dynamics.

En 2020, à l'heure où la société américaine Boston Dynamics livre Atlas, premier droïde apte à réaliser un saut périlleux arrière (cf Fig. 8) ... peut-on imaginer des réalisations emblématique à l'horizon 2030 pour résumer les progrès attendus de la "transformation mécatronique pour tous" ?

Risquons-nous alors à quelques propositions futuristes :
  • le drone livreur de pizzas et de médicaments dans le jardin,
  • le droïde protocolaire d'ubiquité spatiale,
  • l'entraineur mécatronique de tennis de Jean,
  • le taxi volant sans chauffeur,
  • le gyropde urbain autonome municipal,
  • le robot desherbeur sans pesticide,
  • l'imprimante 3D d'igloos lunaires,
  • le gratte-ciel mécatronique anti-tremblement de terre,
  • le drone sentinelle garde du corps,
  • le réacteur thermonucléaire ITER opérationnel,
  • le bâtiment thermos à pompes à chaleur et à vide intégrées,
  • Fig. 9 : Drone modulaire Tundra.
    Source : société Hexadrone.
    le coeur articifiel industriel,
  • l'interface neuronale de commande télépathique,
  • le droïde infirmier transporteur de malades, 
  • le drone ambulancier transporteur d'organes en urgence,
  • la Tesla Modèle 5 à pile à combustible au silane pour 1000 km d'autonomie,
  • le robot amphibie d'exploitation des fonds marin,
  • le nettoyeur automatique de déchets océaniques et spatiaux,
  • le nettoyeur urbain automatique de voiries,
  • le nettoyeur automatique de sols domestiques,
  • le droïde pompier et sauveteur en situations dangereuses,
  • ... et aussi (extension - à partir du 20 janvier 2020 - de la liste des prévisions mécatroniques TECHNICA)
  • le véhicule "hydroélectrogène" rechargeur du réseau électrique lors des pics de courant domestique,
  • ...

Autant de prédictions technologiques spéculatives pour certaines, irréalistes pour d'autres ... mais permettant de se donner "RV dans 10 ans" ... afin de vérifier celles qui seront devenues réalités mécatroniques économiquement viables et celles qui seront restées en impasse technique, sans lendemain aux cotés de celles évidentes en 2030 mais non encore perçues en 2020.

Bonne Année mécatronique 2020, en attendant la transition "hydroélectrogène" de 2030 !