Invention : Jouets robotiques programmables LEGO
Des millions d’utilisateurs ont appris les bases du codage informatique grâce aux kits de construction de jouets robotiques fabriqués par la compagnie danoise LEGO®. Développés par Gaute Munch et son équipe internationale - dont Erik Hansen fait partie -, les premiers kits de construction programmables arrivés sur le marché ont été les LEGO MINDSTORMS®, en 1998. La gamme en est désormais à sa troisième génération et continue à attirer, éduquer et fasciner des millions de jeunes passionnés et d’étudiants.
Au milieu des années 1980, la robotique était
la chasse gardée des groupes de réflexion associés aux gouvernements et des
institutions scientifiques. Pressentant un fort potentiel dans la combinaison
des briques de construction LEGO et des technologies informatiques, la marque
de jouets a noué un partenariat avec le Media Lab du Massachusetts Institute of
Technology (MIT), situé à Boston, aux États-Unis.
Dès 1994, l'équipe du MIT, assistée de LEGO et
de la National Science Foundation, a développé un petit ordinateur à
l'intérieur d'une brique LEGO, nommée « brique programmable MIT », ou
modèle 120. Ce mini-ordinateur pouvait être programmé pour activer des
interrupteurs ou des moteurs - pour faire bouger les bras d'un robot par
exemple -, dans un langage de programmation basé sur du texte baptisé Brick
Logo. Il eut un énorme succès dans le milieu de la technologie, mais était trop
compliqué pour les enfants.
Pour le faire évoluer vers un produit
commercialisable, Munch et son équipe remplacèrent l'encodage texte par une
interface graphique plus adaptée aux enfants. Ils ont déposé plusieurs brevets
clés, dont le protocole de communication entre les ordinateurs et la brique
programmable, commandée par des impulsions lumineuses visibles à l'œil nu.
Lancé en 1998, le système LEGO MINDSTORMS RCX
est aujourd'hui utilisé par des millions de passionnés qui créent et partagent
leurs robots « faits maison ».
Bénéfices
pour la société
Avant cette invention, les cours de robotique étaient
l'exception dans les programmes éducatifs. Tout a changé avec MINDSTORMS, et
LEGO propose depuis 1998 des kits de construction de robots destinés aux
écoles. Les jeunes peuvent aussi s'affronter lors du concours annuel de robotique
FIRST LEGO League (FLL). En 2017, plus de 200 000 jeunes gens répartis
dans 30 000 équipes venues du monde entier y ont participé.
Le monde a besoin de jeunes
programmeurs : d'après un récent rapport, 40 % des habitants de
l'Union européenne ont des connaissances numériques
« insuffisantes », et 22 % n'en ont pas du tout. Bien que le
secteur des technologies de l'information et de la communication (TIC) soit
créateur de 120 000 emplois par an, l'UE pourrait manquer de plus de
756 000 travailleurs qualifiés dans ce secteur d'ici à 2020. D'après leurs
inventeurs, les jouets robotiques sont déjà en train de favoriser l'émergence
d'une nouvelle génération de talents informatiques.
Avantages
économiques
MINDSTORMS poursuit l'évolution de
l'entreprise LEGO (dont le nom vient du danois leg godt, "joue bien") vers l'ère de l'informatique. En 1949, LEGO met sur le marché ses
premières briques de construction modulaires, les "briques à
fixation automatique". Breveté en 1958, le modèle de brique n'a pratiquement pas changé depuis
et a été produit à plus de 200 milliards d'exemplaires.
La série MINDSTORMS, un des fleurons de
l'entreprise, en est déjà à sa troisième génération. Elle a gagné plusieurs
prix décernés par l'industrie du jouet, dont celui du "Jouet éducatif de
l'année", remporté à l'occasion du Salon du jouet de New York. Les brevets
délivrés à Munch et son équipe ont donné lieu à des suites, comme la série LEGO
Boost et les kits programmables WeDo 2.0.
Le groupe LEGO, dont le siège est à Billund au
Danemark, a été classé troisième plus grand fabricant de jouets au monde en
2016. LEGO a fait état de 4,7 milliards d'euros de chiffre d'affaires en 2017, avec
1 milliard d'euros de bénéfices. On estime à 17 000 le nombre d'employés
du groupe LEGO dans le monde.
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Gaute Munch (à gauche) et Erik Hansen
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Erik Hansen (à gauche) et Gaute Munch
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Gaute Munch
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Robots programmables LEGO
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Gaute Munch (à gauche) et Erik Hansen
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Erik Hansen
Comment ça marche ?
Le "cerveau" de la brique intelligente LEGO MINDSTORMS
RCX et du kit Robotic Invention System est un ordinateur miniature à piles qui
contrôle les briques de construction robotisées tels que les capteurs ou les petits
moteurs. L'ordinateur première génération, baptisé RCX, se connectait aux
ordinateurs individuels par infrarouge.
À l'aide du logiciel MINDSTORM installé sur
son ordinateur personnel, l'utilisateur programme dans cet ordinateur
miniaturisé des fonctions appelées "comportements", par exemple le
contrôle sous certaines conditions d'un moteur. Les kits de construction
MINDSTORMS comprennent aussi des plans de construction détaillés, appelés "challenges", qui
permettent de créer des bras robotisés, des portes automatiques et des robots
de livraison en briques LEGO.
Depuis les premières briques programmables qui
affichaient 256 ko de RAM, le système a considérablement évolué. La version
actuelle, nommée "brique EV3", fonctionne sous LINUX, est alimentée par un processeur ARM9 de 300
MHz et dispose d'une mémoire flash de 16 Mo et d'un écran intégré d'une
résolution de 178 x 128 pixels. En plus de moteurs de moyenne et grande taille,
le kit MINDSTORMS actuel comprend un capteur tactile, un détecteur de couleur
et même un capteur gyroscopique, multipliant pour l'utilisateur les
possibilités de personnalisation des robots.
Les inventeurs
Gaute Munch a participé à plusieurs grands
projets de navigation à la voile, allant même jusqu'à traverser l'océan
Atlantique du Danemark aux Antilles en voilier. Avant d'entrer à l'université,
il aimait déjà travailler avec les jeunes et les faire participer à ces
projets.
Après avoir obtenu un diplôme en Ingénierie
électrique à l'Université d'Aarhus en 1993, il a rejoint l'équipe chargée des détecteurs
chez le fabricant de composants industriels italien Carlo Gavazzi, chez qui il a
obtenu son premier brevet européen pour un nouveau type de détecteur capacitif
de proximité.
En 1997, il est entré chez LEGO où il est
aujourd'hui directeur de la technologie front-end. Il est l'inventeur identifié
sur les principaux brevets à l'origine de LEGO MINDSTORMS et de séries de
produits de programmation LEGO. Il reste aujourd'hui en contact avec son jeune
public grâce aux événements LEGO MINDSTORMS de la FIRST LEGO League et d'autres
actions éducatives, ainsi qu'aux groupes de discussion de Recherche et
développement.
Erik Hansen était tout jeune quand il a
réalisé sa première invention : un emporte-pièce à biscuits - que sa mère
utilise toujours -, fabriqué à partir du vieux filtre à huile inutilisable d'un
tracteur Ferguson datant de 1952. Il a rejoint l'entreprise LEGO en 1985 où il a
travaillé sur une série de produits qui ont permis d'arriver à LEGO MINDSTORMS.
Il travaille aujourd'hui au labo de jeux
créatifs (Creative Play Lab) de LEGO et collabore avec de prestigieuses
universités et des entreprises de toutes tailles afin de créer des jeux
éducatifs pour les enfants. Encore et toujours passionné de bricolage, à la
fois ingénieur électricien et diplômé d'innovation en entreprise, il a
développé pour sa maison de campagne un système de chauffage durable... contrôlé
par un robot LEGO MINDSTORMS.
Le saviez-vous ?
D'abord
développés en étroite collaboration avec le Media Lab du MIT, les kits de construction de robots programmables LEGO ne sont
pas les seuls jouets puisant leurs origines au sein de la recherche scientifique.
Les
pistolets à eau Super Soaker doivent la haute pression de leur débit à un
mécanisme inventé (et breveté) par l'inventeur américain Lonnie G. Jonhson pour
équiper une pompe à chaleur écologique. La pâte à modeler Play-Doh, une autre
franchise star du monde des jouets, a été inventée dans les années 1950 par le
chimiste Joseph McVicker pour nettoyer la colle des tapisseries.
Le
fameux Rubik's Cube a d'abord été conçu et breveté en 1974 par Ernő Rubik comme
un casse-tête destiné à enseigner la géométrie 3D aux étudiants. Depuis, le
Rubik's Cube s'est depuis vendu à plus de 400 millions d'exemplaires et son
inventeur, qui est hongrois, a partagé son expertise scientifique en étant
membre du jury lors d'une précédente édition du Prix de l'inventeur européen.
On peut
ajouter également à notre liste Artur
Fischer, inventeur de la cheville Fischer - une petite tige en plastique
qui se fiche dans le mur - et du jeu de construction
"Fischertechnik". Lauréat de la catégorie "Œuvre d'une vie" du Prix
de l'inventeur européen 2014, Fischer a prononcé ces paroles devenues célèbres :
"Laissons les enfants jouer. Nous devons prendre soin de l'enfant qui
est en nous si nous voulons rester inventifs."
