Solutions pour des applications d'automatisation sûres, efficaces et ultra-pures

2ndSCIN® est une enceinte de protection pour robots et autres composants d'automatisation destinés à être utilisés dans des salles blanches. (© Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez) / 2ndSCIN® est une enceinte de protection pour robots et autres composants d'automatisation destinés à être utilisés dans des salles blanches. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

Avec ses marques de contrôle, le Fraunhofer IPA a déjà testé et certifié plus de 2 500 produits et matériaux dans le monde entier pour leur propreté et leur aptitude aux salles blanches. (© Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez) / With its test marks, Fraunhofer IPA has already tested and certified over 2,500 products and materials worldwide for their cleanliness and cleanroom suitability. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

Démonstrateur pour le cadre logiciel de « retavi » (© Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez) / Avec le nouveau cadre logiciel « retavi », les entreprises peuvent automatiser leurs machines, systèmes et processus indépendamment du matériel. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

CARA simplifie le processus d'évaluation des risques pour les robots collaboratifs grâce à une assistance intelligente et semi-automatisée de l'utilisateur. (© Fraunhofer IPA) / CARA simplifie le processus d'évaluation des risques pour les robots collaboratifs grâce à une assistance intelligente et semi-automatisée de l'utilisateur. © Fraunhofer IPA

Sur le banc d'essai de collision automatique, les cobots sont mesurés une seule fois, ce qui permet de créer un modèle de collision pouvant être utilisé pour la conception de la sécurité. (© Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez) / Les cobots sont mesurés une seule fois sur le banc d'essai de collision automatique, générant un modèle de collision pouvant être utilisé pour la conception de la sécurité. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

Lors du salon professionnel Automatica de cette année, l'institut Fraunhofer pour la technologie de la production et l'automatisation IPA présente de nombreuses solutions qui – également grâce à l'intelligence artificielle (IA) – simplifient et accélèrent massivement la planification, la programmation et l'apprentissage des robots. À voir du 24 au 27 juin 2025 dans la Halle A4, stand 314.

Que ce soit dans l'usine de production, en salle blanche ou au laboratoire : des robots et d'autres composants d'automatisation sont désormais utilisés partout et soutiennent principalement les tâches répétitives, physiquement exigeantes ou dangereuses. Mais avant qu'ils soient installés, programmés et configurés, beaucoup de temps s'écoule souvent. Le grand objectif est donc « Automatisation de l'automatisation ». Cela signifie que la mise en service et la configuration avec des outils appropriés se déroulent de manière beaucoup plus automatisée qu'auparavant, ce qui permet d'économiser du temps et des coûts.

Du 24 au 27 juin 2025, l'IPA de Fraunhofer présentera à Automatica à Munich toute une série de solutions qui, même en utilisant des technologies d'IA, simplifient et accélèrent massivement la planification, la programmation et l'apprentissage des robots en automatisant (partiellement) ces processus.

Un cadre logiciel pour toutes les machines et installations

Des chercheurs dirigés par David Breunig de l'équipe de recherche en architectures informatiques pour la production à l'IPA de Fraunhofer ont développé un cadre logiciel permettant aux entreprises d'automatiser toute leur production. Les automates programmables (PLC), qui régissent jusqu'à présent le fonctionnement des machines et installations et sont largement installés dans les usines, peuvent devenir superflus. « Quiconque achète aujourd'hui le PLC d'un fabricant établi devient dépendant de son matériel, de son environnement de développement et de son langage de programmation », explique Breunig, « et c'est précisément ce que nous voulons changer avec notre cadre logiciel. »

Pour montrer comment fonctionne cette automatisation définie par logiciel, Breunig et son équipe ont construit un démonstrateur qui illustre le fonctionnement et l'utilisation du cadre. Les visiteurs peuvent découvrir sur le stand d'Automatica les différents modules du cadre logiciel et créer ou optimiser eux-mêmes un projet d'automatisation.

Avec une collègue et deux collègues, Breunig prévoit de se lancer dans l'entrepreneuriat avec ce cadre logiciel. Leur start-up, retavi GmbH, commencera officiellement ses activités à la fin de l'année.

Manipulateurs mobiles intelligents et polyvalents

Les robots humanoïdes attirent actuellement beaucoup l'attention dans les médias et joueront également un rôle important à Automatica. Selon une étude de l'IPA de Fraunhofer dans le cadre du centre de progrès en IA « Systèmes apprenants et robotique cognitive », de nombreuses entreprises n'ont cependant que peu d'intérêt à ce que les robots puissent marcher comme un humain. Au lieu de cela, les experts interrogés voient le plus grand potentiel dans la capacité des objets humanoïdes à saisir de manière aussi flexible qu'un humain. Et c'est précisément ici qu'intervient une évolution récente de l'IPA de Fraunhofer. En raison des nombreux degrés de liberté d'une main robotisée, il n'est pas efficace de programmer en détail ces mouvements de préhension. Pour y remédier, l'IPA de Fraunhofer recherche des approches pour un apprentissage rapide et intuitif des mouvements complexes de préhension et de manipulation.

Les mouvements de préhension peuvent par exemple être appris dans une simulation et avec l'apprentissage par renforcement profond. L'objectif n'est pas seulement le contrôle des bras robotisés, mais surtout l'instruction intuitive et l'apprentissage de nouvelles applications pour des systèmes robotiques entièrement flexibles – y compris des plateformes mobiles multi-usage avec plusieurs bras et préhenseurs. Pour cela, des méthodes modernes telles que l'apprentissage par imitation et les modèles fondamentaux (« foundation models ») sont utilisées. Des instructions en langage naturel, des exécutions télécommandées et des processus démontrés par l'humain sont exploités pour transmettre efficacement les capacités des robots.

Le démonstrateur sur le stand offre un aperçu pratique de certains aspects de la technologie et montre comment les idées clés de la recherche actuelle peuvent être transférées à l'application. De plus, il offre l'occasion d'en apprendre davantage sur les défis actuels des méthodes d'apprentissage par imitation et des modèles fondamentaux, ainsi que sur la façon dont une approche hybride peut combler des lacunes en combinant des capacités robotiques éprouvées et paramétrables avec des méthodes basées sur l'apprentissage.

Robotique de laboratoire flexible pour la manipulation et la dosage de liquides

La pénurie de personnel qualifié ne concerne pas seulement les usines, mais aussi les laboratoires et établissements médicaux. Le personnel existant passe une grande partie de son temps quotidien à effectuer des tâches monotones, ce qui retarde des activités à plus forte valeur ajoutée. Par conséquent, les solutions d'automatisation sont très demandées dans ce domaine. Un système « prêt à l'emploi » est cependant souvent inadapté, car les tâches et les objets à manipuler sont variés. L'IPA de Fraunhofer développe donc un kit logiciel adaptable pour des robots de laboratoire autonomes, permettant d'automatiser efficacement ces tâches routinières. Par exemple, les robots pourraient être capables de collecter des consommables liés au processus, de doser de manière autonome des produits chimiques ou des échantillons, de récupérer « juste à temps » des échantillons sensibles dans des congélateurs ou des armoires chauffantes, ou encore, à terme, de réaliser des expériences de manière totalement autonome. Pour cela, le robot doit maîtriser des tâches telles que localiser et saisir différents contenants, peser précisément des liquides ou des solides, ouvrir des armoires et des portes, et naviguer de manière autonome.

À Automatica, l'IPA de Fraunhofer présentera l'état actuel du développement à l'aide d'un démonstrateur capable de doser automatiquement des liquides de différentes viscosités et de les répartir dans des contenants cibles définis.

Implémenter une collaboration homme-robot semi-automatisée en toute sécurité

Les solutions modernes d'automatisation doivent être aussi flexibles que possible en raison de petites séries. Cela implique également que les mesures de sécurité doivent être continuellement ajustées. La base en est l'évaluation des risques et la marquage CE – deux processus encore très longs et nécessitant beaucoup de connaissances spécialisées. L'IPA de Fraunhofer a donc développé des outils pour la phase de planification et pour la phase d'utilisation, qui simplifient et accélèrent la conception de la sécurité.

L'exposition lors du salon, « CARA », est un outil pour la phase de planification, qui soutient de manière exhaustive la conception de la sécurité. Il aide les spécialistes à planifier et à mettre en œuvre, en six étapes, toutes les mesures de sécurité nécessaires à l'aide d'une simulation 3D avant la mise en service d'une installation. CARA prend en compte des paramètres tels que les dangers potentiels, les distances de sécurité et l'interaction possible entre l'homme et la machine. Les risques de collision et d'écrasement sont automatiquement identifiés. Ensuite, l'outil propose des mesures pour réduire les risques.

Dans la phase de planification, des modèles de collision, déterminés à l'aide d'une station d'essai automatisée développée par l'IPA de Fraunhofer, aident également. Ils traitent le défi que représentent les forces et pressions maximales admissibles lors d'éventuelles collisions, qui limitent la vitesse et le temps de cycle du robot, pouvant ainsi réduire la performance de l'installation. Les forces qui apparaissent en fonctionnement sont cependant difficiles à calculer mathématiquement. Une fois créés, ces modèles permettent d'estimer précisément la performance dès la phase de planification. CARA peut s'appuyer sur ces modèles.

Programmation intuitive des robots via une nouvelle interface utilisateur

La programmation des robots reste souvent une tâche ardue lorsqu'il s'agit d'une mise en service ou d'une reconfiguration efficace d'une application. La façon dont le savoir-faire nécessaire peut être réduit et comment programmer efficacement des robots même avec une grande diversité de variantes est illustrée par une nouvelle interface utilisateur présentée lors du salon, basée sur une application de démontage simulée. Cette interface permet de composer des compétences, c'est-à-dire des capacités robotiques, en une tâche complète. Pour cela, des blocs de compétences issus du logiciel « pitasc » de l'IPA de Fraunhofer sont utilisés, qui peuvent être assemblés et combinés sans connaissances en programmation, de manière spécifique à l'application.

Automatisation en environnement ultra-propre : 2ndSCIN® et Tested Device®

2ndSCIN® est une enveloppe de protection brevetée qui rend les robots et autres composants d'automatisation mobiles prêts pour la production en environnement ultra-propre. La coque consiste en un textile multicouche, flexible et perméable, imitant la peau humaine. La couche textile est équipée de capteurs qui mesurent en continu des paramètres tels que la concentration de particules, la contamination chimique, la pression ou l'humidité. Des algorithmes basés sur l'IA analysent ces données et permettent, par exemple, une maintenance prédictive. Selon l'application, deux couches ou plus de textile peuvent être superposées, séparées par des entretoises.

Dans les interstices, il est possible d'aspirer ou d'évacuer de l'air. Ainsi, les particules provenant de l'environnement ou de la composante d'automatisation peuvent être éliminées. L'introduction de gaz spéciaux dans ces interstices permet par exemple leur stérilisation. La coque peut être changée en environ une heure et réutilisée après décontamination. « 2ndSCIN® est extrêmement modulable, ce qui nous permet de répondre à des besoins individuels. Nous abordons ainsi de nombreuses exigences en matière de coques de protection adaptées à la pureté pour les composants de salles blanches, que nos produits précédents ne pouvaient pas satisfaire », explique Udo Gommel, responsable du secteur de la production critique en contamination à l'IPA de Fraunhofer. Lui et son équipe présenteront 2ndSCIN® à Automatica.

Depuis de nombreuses années, l'IPA de Fraunhofer propose également des méthodes pour la détection de particules, la dégazage, la décharge électrostatique (ESD) et d'autres exigences. Le label de test « Tested Device® » est attribué aux produits étudiés, et les visiteurs du salon pourront également s'informer à ce sujet sur le stand. Les entreprises reçoivent un rapport de test spécifique au produit et au client, attestant de la pureté et de la compatibilité avec les salles blanches de leurs installations, appareils ou consommables. Les analyses portent sur des environnements de production tels que les salles blanches atmosphériques, les salles blanches sèches et les conditions sous vide.