Proposition de projet INRIA Futurs resp...fois des théories de la psychologie du développement, des neurosciences et de la linguistique cognitive. En retour, ce projet pourra également

Proposition de projet INRIA Futurs Bordeaux resp Pierre-Yves Oudeyer Sony CSL Paris

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FLOWERS (FLOWing Epigenetic Robots and Systems)1

Meacutecanismes computationnels du deacuteveloppement sensorimoteur social et linguistique chez les machines et les humains

Reacutesumeacute Ce projet consiste en la modeacutelisation computationnelle des meacutecanismes qui permettent agrave un systegraveme autonome artificiel ou vivant de deacutevelopper progressivement des capaciteacutes sensorimotrices sociales et linguistiques de complexiteacute croissante et sur une peacuteriode de temps eacutetendue Son objectif est double 1) srsquoinspirer du vivant pour mettre au point des techniques informatiques qui permettent agrave une machine (eg un robot) de pouvoir srsquoadapter et deacutevelopper des savoir-faire nouveaux dans des environnements reacuteels (physiques et sociaux) changeants et dont elle connaicirct un minimum de choses agrave lrsquoavance 2) formaliser de maniegravere computationnelle et expeacuterimenter des theacuteories du deacuteveloppement cognitif en particulier celles concernant le deacuteveloppement des beacutebeacutes humains Cette eacutetude des processus deacuteveloppementauxeacutepigeacuteneacutetiques se situe donc au carrefour de la robotique cognitive de lrsquoapprentissage artificiel de la cognitique de la psychologie du deacuteveloppement de la linguistique et des neurosciences cognitives Elle implique des speacutecialistes de chaque domaine et sa force reacuteside dans lrsquointeacutegration des sciences informatiques et des sciences du vivant Bien que ce projet srsquoattaque agrave des questions de science fondamentale les techniques qui seront deacuteveloppeacutees pourront trouver naturellement et assez directement un certain nombre drsquoapplications agrave forte valeur eacuteconomique et industrielle Ces applications concernent en particulier le domaine grandissant de la robotique de compagnie celui des jeux videacuteos et celui de lrsquointelligence ambiante et des objets intelligents communicants

1 Le terme laquo Flow raquo (Csikszenthmihalyi 1991) caracteacuterise une dynamique motivationnelle qui pousse les humains agrave rechercher activement des situation drsquoapprentissage de complexiteacute optimale ni trop faciles ni trop difficiles Cette dynamique est au centre de lrsquoeacutetude des meacutecanismes deacuteveloppementauxeacutepigeacuteneacutetiques que ce projet propose de modeacuteliser et expeacuterimenter

Mots cleacutes systegravemes deacuteveloppementauxeacutepigeacuteneacutetiques2 robotique cognitive et deacuteveloppementale modeacutelisation du vivant apprentissage actif interactions homme-machine systegravemes motivationnels motivations intrinsegraveques exploration abstractions espace sensorimoteur acquisition du langage Keywords developmentalepigenetic systems cognitive and developmental robotics modeling of living systems active learning human-machine interactions motivational systems intrinsic motivations exploration abstraction sensorimotor space language acquisition

I Contexte scientifique 2 II Programme theacutematique 3 III Domaines drsquoapplication 6 IV Enjeux peacutedagogiques et socieacutetaux 8 V Preacutesentation de lrsquoeacutequipe de recherche 9 VI Programme opeacuterationnel calendrier et deacutemonstrateurs sur cinq ans 14 VII Positionnement du projet agrave au sein de lrsquoINRIA au niveau national et international 26 VIII Strateacutegie drsquointeacutegration aux financements europeacuteens (FP7) et Franccedilais (ANR) 30 IX Conclusion 32 X Reacutefeacuterences geacuteneacuterales 33 XI Publications et brevets reacutecents (depuis 2000) des membres du projet 37

I Contexte scientifique Des progregraves immenses ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans les derniegraveres deacutecennies en apprentissage automatique en reconnaissance de formes et en intelligence artificielle Une floraison de paradigmes drsquoapprentissages ndash superviseacute non superviseacute par renforcement actif passif associatif symbolique connexionniste hybride situeacute distribueacute hellip - ont permis la mise au point drsquoalgorithmes extrecircmement sophistiqueacutes Cependant nous sommes encore tregraves loin de pouvoir construire des machines capables de srsquoadapter agrave leur environnement physique et social de maniegravere aussi souple et robuste qursquoun enfant drsquoun an Il y a une diffeacuterence fondamentale entre lrsquoapprentissage artificiel classique et celui des enfants qui pourrait expliquer ces limites Typiquement les ingeacutenieurs imposent aux machines des tacircches preacutedeacutefinies et formateacutees qursquoelles doivent apprendre directement Au contraire aucune tacircche nrsquoest jamais imposeacutee agrave un beacutebeacute et crsquoest en explorant par lui-mecircme et tregraves progressivement son environnement qursquoil acquiert des savoir-faire qursquoil pourra ensuite reacuteutiliser Les adultes peuvent offrir des

2 Les termes laquo deacuteveloppemental raquo et laquo eacutepigeacuteneacutetique raquo sont synonymes dans ce contexte scientifique

opportuniteacutes drsquoapprentissage mais ce sont les beacutebeacutes qui deacutecident des jeux et des activiteacutes sur lesquels ils vont se concentrer De maniegravere autonome les beacutebeacutes controcirclent ainsi la complexiteacute de leurs situations drsquoapprentissages et se deacuteveloppent peu agrave peu construisant des repreacutesentations internes de leur corps et du monde qui seront pertinentes et efficaces pour agir et srsquointeacutegrer socialement Et cette inteacutegration sociale leur permet ensuite de deacutemultiplier leurs opportuniteacutes drsquoapprentissages formant un cercle vertueux En 1950 Turing avait deacuteclareacute que le cerveau de lrsquoenfant nous montrerait le chemin de lrsquointelligence artificielle laquo Instead of trying to produce a program to simulate the adult mind why not rather try to produce one which simulates the childrsquos raquo (Turing 1950) Il est peut ecirctre temps aujourdrsquohui de consideacuterer ses conseils seacuterieusement Crsquoest ce que tente de faire la robotique deacuteveloppementale (ou eacutepigeacuteneacutetique) (Weng et al 2001 Lungarella et al 2003 Kaplan et Oudeyer 2006) Crsquoest un domaine de recherche nouveau dans lequel srsquoinscrit ce projet de recherche qui consistera ainsi agrave explorer les meacutecanismes fondamentaux qui peuvent permettre agrave une machine de se deacutevelopper de maniegravere autonome en srsquoinspirant agrave la fois des theacuteories de la psychologie du deacuteveloppement des neurosciences et de la linguistique cognitive En retour ce projet pourra eacutegalement permettre de formaliser et drsquoexpeacuterimenter de nouveaux concepts et de nouvelles hypothegraveses pour la compreacutehension du deacuteveloppement sensorimoteur cognitif et social chez les humains La compleacutementariteacute de lrsquoeacutequipe avec de fortes compeacutetences en robotique cognitive (Oudeyer Kaplan Filliat) en linguistique eacutevolutionnaire (Kaplan Oudeyer) en psychologie et en neurosciences cognitives (Salotti Claverie Le Blanc) et en intelligence artificielle distribueacutee (Favier) sera un atout pour la reacuteussite drsquoun tel projet

II Programme theacutematique Controcircler la complexiteacute du deacuteveloppement sensorimoteur Lrsquoun des premiers deacutefis de ce programme de recherche est de mettre au point des meacutecanismes et des algorithmes qui vont permettre agrave une machine (eg un robot) situeacutee physiquement et socialement de controcircler lrsquoexploration autonome de son environnement et la complexiteacute de ses situations drsquoapprentissages Il a eacuteteacute montreacute dans la litteacuterature que si lrsquoon essayait de faire apprendre agrave un robot certaines tacircches leur deacutecomposition en tacircches plus simples dont la complexiteacute augmente progressivement permet drsquoameacuteliorer beaucoup lrsquoefficaciteacute de lrsquoapprentissage (Asada et al 1996) Alors qursquoauparavant cette deacutecomposition a eacuteteacute faite manuellement les meacutecanismes deacuteveloppeacutes dans ce projet devront permettre de le faire automatiquement Ces meacutecanismes seront inspireacutes des travaux en psychologie sur les motivations intrinsegraveques (Deci et Ryan 1985) et des travaux en neurosciences sur le rocircle du systegraveme dopaminergique et de reacutecompense dans les comportements drsquoexploration (Schultz et al 1997 Horwitz 2000) Le deacutetail des activiteacutes de recherche qui srsquoinscrivent dans la continuiteacute des travaux de Oudeyer et Kaplan sur les systegravemes de motivations intrinsegraveques (Oudeyer et Kaplan 2006 Kaplan et Oudeyer 2007 Oudeyer et al 2007) et qui beacuteneacuteficieront de lrsquoexpertise en neurosciences cognitives de Salotti et Claverie est donneacute dans le programme opeacuterationnel ci-dessous

Faire eacutevoluer les espaces de repreacutesentations Un second aspect de ce programme de recherche concerne la mise au point de meacutethodes et drsquoalgorithmes qui permettent agrave une machine de se construire des repreacutesentations de son corps et de son environnement qui soient de complexiteacute et drsquoabstraction croissante tout en restant ancreacutees dans la reacutealiteacute sensorimotrice et en preacutesupposant le minimum de choses sur la structure de ces espaces Alors que les meacutecanismes deacutecrits dans le paragraphe preacuteceacutedent permettent de deacutecouvrir efficacement de grands espaces sensorimoteurs les meacutecanismes dont on parle ici tenteront de faire eacutevoluer au cours du temps la nature des dimensions de ces espaces agrave explorer et dont on ne peut pas supposer qursquoils sont connus agrave lrsquoavance Lrsquoideacutee est de construire progressivement et de maniegravere hieacuterarchique des abstractions de comportements sensorimoteurs (ou scheacutemas) qui permettront lrsquoacquisition de savoir-faire plus eacutevolueacutes Ces recherches ont un lien direct avec les recherches actuelles sur la theacuteorie des options en apprentissage par renforcement (Sutton et al 1999) et dont lrsquoobjectif est de permettre aux algorithmes drsquoapprentissage par renforcement de passer agrave lrsquoeacutechelle Plus particuliegraverement le travail consistera agrave eacutetendre les travaux de (Kaplan et Hafner 2006 Kaplan et Hafner 2005) qui ont commenceacute agrave deacutevelopper un cadre matheacutematique baseacute sur la theacuteorie de lrsquoinformation permettant de comparer et drsquoabstraire de maniegravere non-superviseacutee des dynamiques sensorimotrices qui ont une eacutechelle de temps significative Srsquoadapter au monde social Le troisiegraveme aspect de ce programme de recherche tentera drsquoappliquer cette vision deacuteveloppementale de la cognition agrave lrsquoadaptation des machines au monde social et linguistique Lrsquointeacutegration des machines agrave lrsquoenvironnement social humain est essentielle pour deux raisons Drsquoabord elle permet une interaction beaucoup plus fluide et agreacuteable pour lrsquohumain (Breazeal 2002) Ensuite elle ouvre des perspectives drsquoapprentissage et de deacuteveloppement cognitif beaucoup plus riches (Nehaniv et Dautenhahn 2007) Cependant lrsquoune des limites principales des machines actuelles est justement leur incapaciteacute agrave avoir des interactions sociales naturelles et robustes avec des humains probablement parce qursquoelles sont baseacutees sur la mise au point de protocoles drsquointeractions preacutedeacutetermineacutes Au contraire les regravegles drsquointeractions sociales entre les ecirctres humains sont en grande partie conventionaliseacutees en temps reacuteel et agrave chaque nouvelle interaction (Pickering et Garrod 2004) Ce programme de recherche srsquointeacuteressera ainsi aux meacutecanismes qui peuvent permettre agrave une machine de deacutevelopper progressivement des capaciteacutes pour pouvoir srsquoaligner en temps reacuteel sur les regravegles implicites drsquointeractions avec des humains En outre les interactions sociales robot-robot seront elles aussi eacutetudieacutees En effet elles sont drsquoune part tout aussi porteuses drsquoopportuniteacutes drsquoapprentissage nouveaux et efficaces et drsquoautre part permettent de srsquoaffranchir de lrsquoobstacle repreacutesenteacute par le fait que les robots et les humains nrsquoont pas le mecircme corps et le mecircme espace sensorimoteur En effet le corps intervient de maniegravere centrale dans la formation des repreacutesentations internes (Pfeifer et Bongard 2006) ce qui facilite grandement la compreacutehension mutuelle de deux agents quand ils ont le mecircme corps Apprendre les premiers mots En outre cette approche deacuteveloppementale sera appliqueacutee en particulier agrave lrsquoacquisition du langage naturel par les machines

Lrsquoobjectif est lagrave encore drsquoexplorer une voie qui pourrait permettre agrave un robot de veacuteritablement acceacuteder au sens des mots et non pas de rester une machine de traitement du langage naturel qui ne comprend pas veacuteritablement ce qursquoelle dit En effet comme la linguistique cognitive lrsquoa montreacute (eg Lakoff et Johnson 1999 Tomasello 2003 Croft et Cruse 2004) le sens de la plupart des mots employeacutes par les humains pour deacutesigner des objets par exemple correspond principalement agrave une repreacutesentation des actions potentielles qui leurs sont associeacutees (cad leurs affordances) Or il est en pratique impossible de coder agrave la main ce genre de repreacutesentation dans une machine (eg un robot) en particulier parce qursquoon ne peut pas supposer connaicirctre agrave lrsquoavance les objets auxquels elle sera confronteacutee Il est donc neacutecessaire que le robot explore par lui-mecircme la maniegravere dont il peut manipuler les objets qui lrsquoentourent afin de pouvoir srsquoen construire des repreacutesentations sur lesquelles la langue va pouvoir srsquoancrer Les liens avec les systegravemes de motivations intrinsegraveques sont donc importants et leur eacutetude fera partie de ce programme de recherche En outre lrsquoacquisition de nouveaux mots se fait au travers drsquointeractions sociales qui doivent permettre de reacutegler un autre obstacle agrave lrsquoacquisition du langage celui de lrsquoattention partageacutee En effet chaque aspect du monde (un objet une action hellip) peut techniquement ecirctre cateacutegoriseacute de nombreuses faccedilons qui sont autant drsquohypothegraveses agrave eacutemettre quand un individu entend par exemple un mot nouveau qui deacutesigne lrsquoobjet devant lui (Quine 1960) La mise au point de biais cognitifs et de meacutecanismes drsquointeractions sociales qui permettent de diminuer ces ambiguiumlteacutes sera ainsi eacutetudieacutee dans ce projet Machines deacuteveloppementales deacuteveloppement de lrsquohumain Ce programme de recherche a comme premier objectif drsquoexplorer de nouvelles voies dans la construction de machines intelligentes inspireacutees de la psychologie du deacuteveloppement chez les humains des neurosciences et de la linguistique cognitive Cependant elles peuvent jouer en retour un rocircle important dans la compreacutehension des pheacutenomegravenes de deacuteveloppement cognitifs chez les humains En effet la mise au point de machines deacuteveloppementales autonomes dans le monde reacuteel peut fournir de nouveaux concepts pour penser les systegravemes dynamiques complexes impliqueacutes dans le deacuteveloppement cognitif chez les humains (Oudeyer et Kaplan 2006 Kaplan et Oudeyer 2007) Par exemple alors qursquoil est impossible pour des raisons pratiques et eacutethiques drsquoeacutetudier les rocircles respectifs du corps physique de lrsquoenvironnement et des biais cognitifs sur la formation des trajectoires deacuteveloppementales cela devient tout agrave fait possible avec des robots Par ailleurs lrsquoimpleacutementation de concepts venus des neurosciences en particulier en ce qui concerne les circuits de la motivation et du conditionnement peut permettre de les formaliser et de les tester (Gomond et Salotti 2006) Enfin lrsquoeacutetude et la mise au point de meacutecanismes qui permettent agrave une machine drsquoacqueacuterir des rudiments de langage dans des environnements non fortement contraints permet drsquoarticuler preacuteciseacutement et scientifiquement les probleacutematiques rencontreacutees en linguistique cognitive et eacutevolutionnaire voire de proposer de nouvelles theacuteories (Steels et Kaplan 2002 Oudeyer 2006 Kaplan Oudeyer et Bergen 2007) Ce retour de lrsquoinformatique vers la psychologie les neurosciences et la linguistique est donc un autre aspect scientifique du projet qui sera traiteacute avec attention et pour lequel tous les membres du projet ont deacutejagrave une forte expeacuterience comme le montre leurs publications

Figure 1 Ce projet explore lrsquohypothegravese que pour construire une machine qui puisse srsquoadapter avec souplesse agrave son environnement et srsquointeacutegrer socialement il faut srsquoinspirer du deacuteveloppement cognitif des enfants Ceux-ci deacutecouvrent le monde par eux-mecircmes et tregraves progressivement en controcirclant et en adaptant en permanence la complexiteacute de leurs situations drsquoapprentissage Leur intelligence se deacuteveloppe par le biais des interactions sensorimotrices entre leur corps et leur environnement physique et social Dans ce contexte lrsquoutilisation de robots comme plateforme drsquoexpeacuterimentation est ainsi particuliegraverement adapteacutee (photo Javier MovellanRUBI Project)

Les robots comme plateforme drsquoexpeacuterimentation Enfin il est eacutevident que ce programme de recherche suppose comme chez les humains un rocircle preacutedominant du corps physique dans le deacuteveloppement sensorimoteur et cognitif drsquoune machine Crsquoest pourquoi lrsquoutilisation de robots simuleacutes ou reacuteels sera au centre des expeacuterimentations qui auront lieu Ils seront utiliseacutes dans un certain nombre de deacutemonstrateurs cleacutes que je preacutesente dans le programme opeacuterationnel ci-dessous Ceci sera par ailleurs rendu possible par la disponibiliteacute depuis peu de robots complexes et programmables de type animal (eg AIBO de Sony) ou humanoiumlde (eg Nao de Aldebaran Robotics) agrave un prix comparable agrave celui drsquoun ordinateur personnel

III Domaines drsquoapplication La robotique de compagnie Outre les implications de recherche fondamentale de ce projet des applications eacuteconomiques et socieacutetales assez directes pourront en deacutecouler En effet depuis quelques anneacutees en particulier au Japon et aux Etats-Unis le marcheacute de la robotique de compagnie se deacuteveloppe avec une vigueur particuliegravere pour la robotique ludique De nombreux analystes preacutevoient que ce marcheacute sera au 21egraveme siegravecle lrsquoeacutequivalent de celui de la voiture au 20egraveme siegravecle (IFR Statistics 2006) et comparent son eacutevolution agrave celle de lrsquoordinateur personnel (Gates 2007) Des financements eacuteleveacutes dans ce domaine ont ainsi eacuteteacute reacutealiseacutes tant par les institutions publiques (en particulier au Japon en Coreacutee aux Etats-Unis et plus reacutecemment en

Europe) que par les grandes entreprises (Honda Sony Toyota Microsoft Philips hellip) Or si drsquoimmenses progregraves ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour la construction physique (meacutecanique et capteurs) de ce type de robots de grands deacutefis se posent encore en ce qui concerne leur architecture sensori-motrice et cognitive Les robots sociaux qui existent aujourdrsquohui fascinent quelques minutes puis tregraves vite perdent de leur inteacuterecirct Ceci srsquoexplique par leurs faibles capaciteacutes de compreacutehension drsquoadaptation et drsquoeacutevolution agrave moyen et long terme face agrave leur environnement physique et social Or la voie de recherche en robotique deacuteveloppementale proposeacutee par ce projet est justement destineacutee agrave lrsquoeacutetude des meacutecanismes qui permettent agrave un robot de construire par lui-mecircme et sur le long terme ses savoir-faire et ses objectifs et de lier des relations sociales au travers desquelles il puisse devenir une entiteacute organiseacutee complexe et unique Les objectifs de ce projet coiumlncident donc totalement avec les besoins de lrsquoindustrie grandissante de la robotique de compagnie En outre les membres du projet ont deacutejagrave de tregraves bon rapports voire sont deacutejagrave associeacutes avec des entreprises comme Aldebaran Robotics Gostai Microsoft Kteam Cyberbotics Philips et Sony ce qui facilitera la mise en place de collaborations industrielles Les jeux videacuteos Parallegravelement agrave la robotique de compagnie se deacuteveloppe dans le domaine du jeu videacuteo de nouveaux types de jeux mettant en scegravene des creacuteatures virtuelles dont il faut srsquooccuper (eg neoPets) qursquoil faut dresser (eg Nintendogs) ou accompagner (eg Les Sims) La programmation de ces creacuteatures partage un grand nombre de probleacutematiques avec la robotique de compagnie et en fait donc un second terrain drsquoapplication En outre crsquoest un terrain industriel qui connaicirct deacutejagrave de tregraves grand succegraves commerciaux (eg Nintendogs ou les Sims) et pour lequel plusieurs membres de lrsquoeacutequipe sont deacutejagrave associeacutes agrave des collaborations (en particulier avec les studios de deacuteveloppement de Sony pour la Playstation 3) qui pourront ecirctre exploiteacutees dans le cadre de ce projet La robotisation des objets du quotidien A coteacute des robots reacuteels et virtuels prenant des formes humaines ou animales des objets laquo robotiseacutes raquo vont eacutegalement se geacuteneacuteraliser dans les anneacutees qui viennent Prenons un objet ou une infrastructure de notre quotidien une lampe un meuble ou mecircme un bacirctiment Augmentons la perception de son environnement en le dotant de capteurs ou tout simplement en lui permettant drsquoenregistrer les interactions usuelles dont il fait lrsquoobjet (pression drsquoun bouton branchement agrave une prise eacutelectrique) cet objet commence agrave avoir un laquo monde raquo qui lui est propre Ajoutons maintenant une meacutemoire et cet objet devient historique il se rappelle ce qui lui est arriveacute A ce stade les micro- eacutevegravenements sont simplement enregistreacutes sans analyses suppleacutementaires Les techniques drsquointelligence artificielle deacuteveloppeacutees dans ce projet peuvent alors entrer en scegravene A partir drsquoune histoire une seacutequence de micro-eacuteveacutenements il est possible pour la machine de construire progressivement un preacutedicteur une machine agrave anticiper les eacutevegravenements futurs en fonction du contexte preacutesent et passeacute et en particulier du contexte social Il srsquoagit de deacutegager dans les eacuteveacutenements passeacutes les structures reacutecurrentes qui caracteacuterisent lrsquohistoire de lrsquoobjet et de ses interactions avec les humains Pour cet objet capable

drsquoanticipation il est alors possible de deacutefinir certaines situations agrave rechercher drsquoautres agrave eacuteviter Si lrsquoobjet agrave des possibiliteacutes drsquoaction sur son environnement il peut anticiper gracircce agrave son systegraveme de preacutediction la valeur potentielle drsquoune action dans un contexte donneacute Il devient ainsi potentiellement autonome dans ses choix Lrsquoun des membres du projet (Kaplan) explore les formes que pourrait prendre cette robotisation des objets en construisant des prototypes de tables de lampes et drsquoeacutecrans robotiques (Kaplan 2007 Kaplan et al 2007) Le Wizkid est par exemple un eacutecran robotiseacute eacutequipeacute drsquoune cameacutera qui apprend agrave reconnaicirctre les personnes familiegraveres preacutesentes dans son environnement et les objets qui lrsquoentourent Ses capaciteacutes de mouvement et drsquoattention font qursquoil est potentiellement perccedilu malgreacute sa forme non animale comme un ecirctre social Le point commun de ces nouveaux objets est le caractegravere laquo public raquo des interactions nouvelles auxquelles ils invitent Ces objets partagent le mecircme espace social que nous Ce trait les distingue des machines informatiques auxquelles nous sommes habitueacutes Lorsqursquoil interagit avec son ordinateur portable lrsquoutilisateur est dans laquo sa bulle raquo litteacuteralement plongeacute dans un autre univers Il nrsquoest plus preacutesent agrave lrsquoespace social Comme les robots de loisir une table laquo augmenteacutee raquo ou un eacutecran robotique nrsquoinvitent pas agrave cette eacutevasion ils sont lagrave avec nous et chacun peut reacuteagir agrave leur preacutesence et agrave leurs actions

Figure 2 Le Wizkid eacutecran robotiseacute deacuteveloppeacute par Kaplan agrave lrsquoEPFL apprend agrave reconnaicirctre les personnes familiegraveres preacutesentes dans son environnement et les objets qui lrsquoentourent (Design Martino drsquoEsposito)

IV Enjeux peacutedagogiques et socieacutetaux Ce projet implique aussi des enjeux peacutedagogiques et socieacutetaux Tout drsquoabord les deacutemonstrateurs qui pourront ecirctre montreacutes dans des museacutees (plusieurs membres de lrsquoeacutequipe ont deacutejagrave une forte expeacuterience des installations museacuteales) seront un vecteur

de communication vis-agrave-vis du grand public afin qursquoil puisse mieux comprendre et se familiariser avec les technologies et les concepts de la robotique cognitive et deacuteveloppementale tregraves nouveaux dans notre culture Cela est drsquoautant plus important que les robots de compagnie et les robots domestiques feront bientocirct massivement leur entreacutee dans le quotidien de nos socieacuteteacutes Ensuite les briques technologiques deacuteveloppeacutees dans le projet pourront servir de mateacuteriel peacutedagogique dans le cadre de lrsquoenseignement scientifique en particulier dans les universiteacutes et grandes eacutecoles En effet il se trouve que ces objets sont agrave la fois un lieu de convergence technique de nombreux sous-domaines de lrsquoinformatique et de lrsquoeacutelectronique et drsquoautre part extrecircmement motivants pour les eacutetudiants (voir les expeacuteriences peacutedagogiques en cours aux Etats-Unis et au Japon) Les deacutemonstrateurs qui seront reacutealiseacutes pourront ainsi ecirctre packageacutes en environnement complets drsquoexpeacuterimentations (logiciels + robots + objets affordants speacutecifiques) directement utilisable dans de nombreux cours et des niveaux les plus eacuteleacutementaires jusqursquoaux niveaux les plus avanceacutes Plusieurs membres du projet (Filliat Oudeyer Salotti) sont deacutejagrave fortement impliqueacutes dans lrsquoenseignement de la robotique cognitive et donc le terrain de ce projet peacutedagogique est bien preacutepareacute

V Preacutesentation de lrsquoeacutequipe de recherche Cette eacutequipe de recherche sera reacutepartie sur trois sites avec un site principal agrave Bordeaux (5 chercheurs) un agrave Paris (un chercheur) et un agrave Lausanne (un chercheur) Lrsquoobjectif est cependant de mettre en place un veacuteritable travail drsquoeacutequipe au jour le jour en utilisant les technologies de travail collaboratif agrave distance Ainsi des reacuteunions par videacuteoconfeacuterence et hebdomadaires au minimum seront organiseacutees Ce travail drsquoeacutequipe se concreacutetisera par la participation agrave la mise au point de deacutemonstrateurs communs comme deacutetailleacute dans le programme opeacuterationnel ci-dessous 1) Reacutesumeacute Membres permanents (consacrant la majoriteacute de leur temps de recherche au projet)

Pierre-Yves Oudeyer (coordinateur en ce moment chercheur permanent au Sony Computer Science Lab Paris candidat au poste de CR1 agrave lrsquoINRIA Futurs Bordeaux cette anneacutee ndash proceacutedure administrative suivie par Claude Puech et Jean Roman speacutecialiste en robotique deacuteveloppementale et en modeacutelisation computationnelle de lrsquoacquisition du langage) Jean-Marc Salotti (Professeur des Universiteacutes Institut de Cognitique Universiteacute Bordeaux II speacutecialiste en robotique et en neurosciences computationnelles)

Freacutedeacuteric Kaplan (EPFL Lausanne chercheur - ancien chercheur agrave Sony CSL Paris - speacutecialiste en robotique cognitive et en sociologie des robots) David Filliat (ENSTA Paris enseignant chercheur responsable de lrsquoeacutequipe robotique cognitive de lrsquoENSTA speacutecialiste en vision pour la robotique et systegravemes de programmation des robots)

Membres associeacutes (participation scientifique au projet agrave temps partiel)

Bernard Claverie (Professeur des Universiteacutes Responsable du laboratoire de Sciences Cognitives de lrsquoInstitut de Cognitique Universiteacute Bordeaux II speacutecialiste en neurophysiologie et en ergonomie) Pierre-Alexandre Favier (Maicirctre de Confeacuterences HDR Institut de Cognitique Universiteacute Bordeaux II) Benoicirct Le Blanc (Maicirctre de Confeacuterence HDR Institut de Cognitique Universiteacute Bordeaux II)

Membres suppleacutementaires Pour ecirctre reacutealiseacute avec qualiteacute et efficaciteacute ce projet neacutecessitera le recrutement de quatre doctorants et drsquoun post-doc Dans le cas ougrave ce projet est accepteacute nous envisagerions de recruter un doctorant et un post-doc financeacutes par lrsquoINRIA si cela est possible et de financer les autres doctorants gracircce agrave au moins une allocation de recherche ministeacuterielle et agrave un projet europeacuteen (FP7) etou ANR comme deacutetailleacute dans la section VIII Les theacutematiques de recherche des quatre doctorants et du post-doc se calqueront sur les diffeacuterents aspects du projet un doctorant travaillera sur les algorithmes de motivation intrinsegraveque un doctorant travaillera sur les outils et les meacutecanismes qui permettent agrave une machine et un humain de partager leur attention et de bien se percevoir mutuellement un doctorant travaillera sur la construction en temps reacuteel de repreacutesentations adaptatives des situations sociales entre hommes et machines un doctorant travaillera sur les meacutecanismes drsquoadaptation drsquoalignement et drsquoapprentissage social dans les interaction homme-robot et le post-doc travaillera sur lrsquointeacutegration des concepts de motivation intrinsegraveque et drsquoapprentissage actif et situeacute pour lrsquoacquisition du langage En outre ce projet pourra beacuteneacuteficier des eacutetudiants nombreux et motiveacutes de lrsquoInstitut de Cognitique agrave Bordeaux (dont ceux du club robotique) ainsi que de lrsquoENSEIRB agrave Bordeaux (dont le club robotique) de lrsquoENSTA agrave Paris (dont le club de robotique) et de lrsquoECAL agrave Lausanne Les clubs de robotique de lrsquoInstitut de Cognitique et de lrsquoENSEIRB collaborent depuis deux ans pour leur participation agrave la coupe de robotique E=M6 Les membres de lrsquoeacutequipe eacutetant fortement impliqueacutes dans ces trois eacutecoles le recrutement drsquoeacutetudiants stagiaires dans les theacutematiques du projet en seront faciliteacutes

2) Biographies deacutetailleacutees Pierre-Yves Oudeyer (coordinateur en ce moment chercheur permanent au Sony Computer Science Lab Paris candidat au poste de CR1 agrave lrsquoINRIA cette anneacutee ndash proceacutedure administrative suivie par Claude Puech et Jean Roman) Page web httpwwwcslsonyfr~py Speacutecialiste en robotique cognitive et deacuteveloppementale ainsi qursquoen modeacutelisation computationnelle du deacuteveloppement sensorimoteur et de lrsquoacquisitioneacutevolution du langage Co-creacuteateur et animateur de lrsquoeacutequipe laquo Robotique Deacuteveloppementale raquo agrave Sony CSL Paris Auteur drsquoun livre et de plus de 50 articles dans des revues et confeacuterences internationales Reviewer dans plusieurs revues internationales (eg IJHR IEEE TEC IEEE TCAS-2 Art Intell hellip) membre de comiteacutes de programmes de confeacuterences internationales (eg PPSN IAS CogSci EVOLAN) expert en robotique et systegravemes interactifs pour lrsquoANR et reviewer pour la commission europeacuteenne (FP6) pour la robotique cognitive et les interactions homme-machine Il a co-organiseacute plusieurs confeacuterences et eacutevegravenements internationaux dont Epigenetic Robotics 2006 Auteur de 8 brevets il a une grande expeacuterience des interactions entre recherche fondamentale et monde industriel et a participeacute chez Sony agrave plusieurs opeacuterations de transfert technologique sur des produits aujourdrsquohui commercialiseacutes Il a obtenu 5 prix de recherche dont le Prix le Monde de la Recherche Universitaire et le Prix ASTI 2005 pour ces travaux de recherche fondamentale ainsi que le prix ldquoImplemented Invention Award (4th prize) of Sony Corporationrdquo pour lrsquoun de ses brevets Jean-Marc Salotti (Professeur des Universiteacutes Institut de Cognitique Bordeaux speacutecialiste en robotique et en neurosciences computationnelles) Page web httpwwwscicou-bordeaux2frcogartsalottiindexhtml Originellement speacutecialiste de vision par ordinateur (thegravese et HDR dans la discipline) Jean Marc Salotti a inteacutegreacute lInstitut de Cognitique et le laboratoire de sciences cognitives en septembre 2002 ougrave il a orienteacute ses recherches vers la modeacutelisation en sciences cognitives en partenariat avec des speacutecialistes de psychologie et de neurosciences cognitives Il a notamment participeacute agrave un projet sur la plasticiteacute de lamygdale dans le cadre de lACI CNRS Neurosciences Inteacutegratives et Computationnelles et il a encadreacute la thegravese de Nicolas Gomond (soutenue en deacutecembre 2006) sur les techniques connexionnistes pour lapprentissage avec application agrave la modeacutelisation du conditionnement pavlovien et implantation sur une plateforme robotique de type ER1 (Evolution Robotics) Bernard Claverie (Professeur des Universiteacutes Responsable du laboratoire de Sciences Cognitives de lrsquoInstitut de Cognitique Bordeaux speacutecialiste en neurophysiologie et en ergonomie) Page web httpwwwscicou-bordeaux2fr~claverie Bernard Claverie professeur des universiteacutes est psychologue et physiologiste Il dirige lrsquoInstitut de Cognitique depuis 2003 apregraves avoir fondeacute le laboratoire de laquo sciences cognitives raquo (EA-487) et lrsquoensemble des cursus (licence masters dea dess filiegravere drsquoingeacutenieurs doctorat) de sciences cognitives de Bordeaux Il est membre de plusieurs socieacuteteacutes scientifiques et du pocircle de compeacutetitiviteacute AESE ainsi que de

Aeacuterotec (chapitre Aquitain du pocircle AESE) et Innovalis Aquitaine ougrave il repreacutesente lrsquoUniversiteacute Bordeaux 2 Auteur de plusieurs papiers de psychophysiologie et de neuropsychologie il engage une recherche sur les aspects substitutifs des technologies sur les processus cognitifs alteacutereacutes ou satureacutes dans des conditions cliniques de travail ou drsquoenvironnement spontaneacute Il est praticien hospitalier agrave titre volontaire du service de neurochirurgie de lrsquoHocircpital Pellegrin du CHU de Bordeaux (Tests de Wada en explorations preacutechirurgicales des eacutepilepsies) Pierre-Alexandre Favier (Maicirctre de Confeacuterences HDR Institut de Cognitique Universiteacute Bordeaux II) Ingeacutenieur et docteur en informatique Pierre-Alexandre Favier a eacuteteacute formeacute au Centre Europeacuteen de Reacutealiteacute Virtuelle (CERV Brest) ougrave il srsquoest speacutecialiseacute dans lrsquoeacutetude des modegraveles comportementaux drsquoagents autonomes Sa thegravese de doctorat portait sur lrsquoeacutetude de la notion drsquointentionnaliteacute dans les processus cognitifs et a donneacute lieu agrave la conception drsquoun modegravele reacuteactif et qualitatif de seacutelection drsquoaction adapteacute agrave la prise de deacutecision en temps reacuteel dans un environnement dynamique et en situation sur-contrainte Depuis son arriveacutee agrave lrsquoInstitut de Cognitique en 2005 il travaille toujours sur lrsquointentionnaliteacute non plus comme eacuteleacutement de guide et de stabilisation des processus drsquoinfeacuterence mais comme eacuteleacutement de modeacutelisation des interactions sociales il eacutetudie les meacutecanismes drsquoarticulation de lrsquoindividuel au collectif dans les socieacuteteacutes drsquoagents particuliegraverement la modeacutelisation de la construction par les agents des repreacutesentations des regravegles sociales implicites et de leurs eacutevolutions Ses compeacutetences portent donc essentiellement sur la programmation deacuteclarative logique (vainqueur du 10th Prolog Programming Contest en 2004) la modeacutelisation et la simulation de systegravemes multi-agents en environnements virtuels Benoicirct Le Blanc (Maicirctre de Confeacuterence HDR Institut de Cognitique Universiteacute Bordeaux II) Page Web httpwwwscicou-bordeaux2frcogartleblancindexhtml B Le Blanc travaille dans la repreacutesentation des connaissances et notamment sur les aspects appliqueacutes des meacutethodes destineacutees agrave la formalisation des connaissances issues dexpertises humaines ou de documentations techniques Ayant contribueacute agrave des recueils de connaissances dans des domaines comme la prescription meacutedicamenteuse le diagnostic en rhumatologie les informations proteacuteomiques la seacutecuriteacute industrielle la dosimeacutetrie nucleacuteaire la simulation drsquoactiviteacutes de maintenance industrielle lrsquoattribution de creacutedits financiers aux personnes et lrsquoaffichage graphique de donneacutees ses travaux se sont porteacutes sur les exploitations que lon pouvait faire de tels recueils de connaissances deacuteveloppement de sites Web drsquoactiviteacutes de formation de contenus pour des FOAD de systegravemes experts mais eacutegalement expeacuterimentation des preacutefeacuterences cognitives de visualisation ou de navigation dans ces vastes ensembles dinformations Freacutedeacuteric Kaplan (EPFL Lausanne chercheur - ancien chercheur agrave Sony CSL Paris - speacutecialiste en robotique cognitive et en sociologie des robots) Page web httpwwwfkaplancom

Apregraves dix ans de recherche au laboratoire Sony CSL agrave Paris Freacutedeacuteric Kaplan supervise aujourdhui une nouvelle eacutequipe interdisciplinaire dans le domaine du mobilier interactif agrave lEcole Polytechnique Feacutedeacuterale de Lausanne (EPFL - CRAFT) Il explore la maniegravere dont les objets technologiques de demain pourraient ecirctre doteacutes drsquoune histoire propre devenir diffeacuterents au fur et agrave mesure que lrsquoon interagit avec eux et apprendre les uns des autres constituant ainsi un eacutecosystegraveme en perpeacutetuelle eacutevolution En parallegravele de ses recherches en intelligence artificielle il collabore avec des psychologues des eacutethologues des chercheurs en neuroscience des designers et des architectes Ses projets pluridisciplinaires lrsquoont conduit agrave publier des articles scientifiques dans les revues internationales de ces diffeacuterents domaines Il est lrsquoauteur de deux livres La naissance drsquoune langue chez les robots (Hermegraves Science 2001) et Les machines apprivoiseacutees comprendre les robots de loisir (Vuibert 2005) David Filliat (ENSTA Paris enseignant chercheur responsable de lrsquoeacutequipe robotique cognitive de lrsquoENSTA speacutecialiste en vision pour la robotique et systegravemes de programmation des robots) Page web httpwwwenstafr~filliateng Apregraves une thegravese sur la navigation en robotique bio-inspireacutee agrave lrsquoAnimatLab il a acquis 4 ans drsquoexpeacuterience agrave la Direction Geacuteneacuterale pour lrsquoArmement comme expert en systegravemes robotiseacutes Il anime depuis 2006 lrsquoeacutequipe de robotique cognitive de lrsquoEcole Nationale Supeacuterieure de Techniques Avanceacutees Jeune chercheur auteur de douze articles dans des revues et confeacuterences internationales il est speacutecialiseacute dans lrsquoeacutetude et le deacuteveloppement de repreacutesentations de lrsquoinformation visuelle dans le cadre de la navigation et de lrsquoapprentissage agrave base de vision en robotique Il travaille eacutegalement sur la probleacutematique de la programmation des robots et un langage de programmation parallegravele et eacutevegravenementiel deacutedieacute agrave la robotique a eacuteteacute deacuteveloppeacute dans son eacutequipe par Jean-Christophe Baillie (URBI httpwwwurbiforgecom) Ce langage a donneacute lieu agrave la creacuteation drsquoune Startup (GOSTAI) en assurant la commercialisation sur le marcheacute des robots de recherche et des robots grand public 3) Preacutesentation de lrsquoInstitut de Cognitique LrsquoInstitut de Cognitique (IdC) associeacute de maniegravere centrale au projet FLOWERS est un institut universitaire speacutecialiseacute dans la formation des ingeacutenieurs masters et docteurs en cognitique crsquoest-agrave-dire en sciences et technologies de la connaissance Il accueille quelques deux cents eacutetudiants et eacutelegraveves ingeacutenieurs reacutepartis sur plusieurs promotions orienteacutes vers les meacutetiers du facteur humain du traitement cognitif de lrsquoinformation et des interfaces anthropotechniques Crsquoest une eacutecole drsquoingeacutenieurs double compeacutetence laquo sciences de lrsquoinformation raquo et laquo sciences de lrsquohomme raquo Cette composante autonome de lrsquoUniversiteacute Bordeaux 2 (sciences de la Vie de lrsquoHomme de la Santeacute) comprend un collegravege peacutedagogique drsquoune vingtaine drsquoenseignants-chercheurs (9 professeurs 6 maicirctres de confeacuterences 3 professeurs associeacutes ou agreacutegeacutes du secondaire) drsquoune dizaine drsquoIatos (3 ingeacutenieurs et techniciens en informatiques 2 iatos chercheurs 5 personnels administratifs) et une cinquantaine de chargeacutes drsquoenseignements issus des entreprises reacutegionales

drsquoAquitaine ou de Midi-Pyreacuteneacutees Principalement soutenu par les industries de la meacutetallurgie (UIMM) de lrsquoaeacuteronautique (THALES DASSAULT AIRBUS) du transport (SNCF) et des services (EdF) lrsquoinstitut est membre fondateur du pocircle de compeacutetitiviteacute AESE (Aerospace Valley) LrsquoIdC est administreacute par un conseil paritaire comportant drsquoune part des enseignants et usagers et drsquoautre part des repreacutesentants des industries des collectiviteacutes territoriales des repreacutesentants des employeacutes et des organismes de recherche concerneacutes par la cognitique le CNRS et lrsquoINRIA De plus au 1er janvier 2007 lrsquoensemble de lrsquoeacutequipe drsquoergonomie des systegravemes complexes dirigeacutee par le professeur Franccedilois Daniellou a inteacutegreacute lrsquoInstitut La dimension drsquointerface et drsquointeraction du projet de recherche fera lrsquoobjet de meacutemoire de recherches et drsquoapplication de projets ingeacutenieurs dans le cadre de lrsquoergonomie et pourra deacuteboucher sur une thegravese de lrsquoeacutecole doctorale des Sciences Humaines et Sociales mention ergonomie Outre sa mission de formation lrsquoIdC a pour vocation de promouvoir la recherche du domaine cognitique notamment en ce qui concerne les interfaces les systegravemes artificiels et hybrides autonomes lrsquoaide agrave la cognition naturelle ou deacuteficiente ou la robotique substitutive Il accueille en particulier le laboratoire Cognition et Facteurs Humains (EA487) speacutecialiseacute dans ces domaines En ce sens lrsquoIdC est un lieu drsquoaccueil naturel du projet INRIA-Futurs proposeacute en mettant agrave sa disposition des enseignants-chercheurs des moyens des eacutetudiants et eacutelegraveves ingeacutenieurs et des publics laquo final users raquo concerneacutes par le projet autant en ce qui concerne les aspects fondamentaux de la recherche que les retombeacutees technologiques que lrsquoon peut en attendre

VI Programme opeacuterationnel calendrier et deacutemonstrateurs sur cinq ans Le programme theacutematique eacutenonceacute plus haut sera investigueacute principalement au travers drsquoune seacuterie drsquoexpeacuterimentations impliquant des robots virtuels et reacuteels ainsi que des sujets humains et dont la complexiteacute ira en grandissant au cours des anneacutees Ces expeacuterimentations donneront lieu agrave chaque fois agrave des deacutemonstrateurs bien identifieacutes Voici un reacutesumeacute de ces eacutetapes successives organiseacutees elles-mecircmes en sous-eacutetapes (E11 E21 etc hellip) ainsi que des deacutelais preacutevus pour leur reacutealisation (les eacutetapes regroupeacutees dans la mecircme anneacutee seront reacutealiseacutees en parallegravele) 1egravere et 2nd anneacutee E1 Expeacuterimentation des systegravemes computationnels de motivations intrinsegraveques (Oudeyer Kaplan Salotti Claverie Favier et eacutetudiants de lrsquoIdC ndash Institut de Cognitique) Les systegravemes motivationnels ont un rocircle moteur dans le deacuteveloppement cognitif chez les humains et en particulier les motivations intrinsegraveques qui conduisent les

humains agrave ecirctre naturellement curieux et agrave avoir un appeacutetit prononceacute pour lrsquoacquisition de nouveaux savoir-faire (Deci et Ryan 1985 Csikszenthmihalyi 1991) Le rocircle des systegravemes de motivations et leur structure ont eacuteteacute preacuteciseacutes ces derniegraveres anneacutees par des avanceacutees importantes en neurosciences mettant notamment en avant lrsquoimplication des circuits dopaminergiques dans la deacutetection de la nouveauteacute et dans les comportements drsquoexploration et de curiositeacute (Schultz et al 1997 Panksepp 1998 Horwitz 2000 Dayan et Belleine 2002) Partant de ce contexte scientifique Oudeyer et Kaplan (2006 2007) ont mis au point ces derniegraveres anneacutees les premiers systegravemes de motivations intrinsegraveques artificiels au monde qui reproduisent une forme de curiositeacute et impleacutementeacutes sur des robots La meacutethode consiste en la mise en place par dessus un systegraveme M drsquoapprentissage et de preacutediction sensorimotrice drsquoun robot drsquoun systegraveme de meacuteta-preacutediction metaM capable de preacutedire lrsquoeacutevolution de la qualiteacute des preacutedictions de M dans une situation donneacutee (voir figure 3) Gracircce agrave ce systegraveme de meacuteta-preacutediction le robot est ainsi capable drsquoeacutevaluer la complexiteacute de chaque situation en termes drsquoapprentissage Un systegraveme de reacutecompense est alors introduit reacutecompensant le robot proportionnellement agrave la diminution de ses erreurs en preacutedictions dans une situation donneacutee Ainsi le robot est motiveacute pour explorer les situations qui lui procurent le maximum de progregraves en apprentissage et que lrsquoon appelle des niches de progregraves Evidemment plus un robot explore une niche de progregraves plus il maicirctrise la situation correspondante et moins il fait de progregraves en apprentissage ce qui provoque la disparition progressive de lrsquointeacuterecirct de cette situation Le robot passe alors agrave une autre activiteacute adapteacutee agrave ses capaciteacutes agrave ce moment de son deacuteveloppement Crsquoest ainsi que se forme spontaneacutement une seacutequence de comportements et drsquoacquisition de savoir-faire de plus en plus complexes qursquoon appelle trajectoire deacuteveloppementale qui deacutepend des interactions complexes entre le corps lrsquoenvironnement le systegraveme drsquoapprentissage et le systegraveme de motivations (Oudeyer et al 2007)

Figure 3 Le systegraveme de motivations intrinsegraveques preacutesenteacute dans (Oudeyer et al 2007) comporte un module de preacutediction M qui apprend agrave anticiper les conseacutequences y drsquoun contexte sensorimoteur donneacute et un module de meacuteta-preacutediction metaM qui apprend agrave preacutedire le progregraves en apprentissage dans le mecircme contexte Le niveau drsquointeacuterecirct drsquoun contexte sensorimoteur donneacute est deacutefini comme le progregraves en apprentissage preacutedit qui lui correspond Les actions sont choisies de maniegravere agrave atteindre les zones maximalement inteacuteressantes selon ce critegravere dans lrsquoespace sensorimoteur Les systegravemes drsquoapprentissages M et metaM sont mis agrave jour apregraves chaque action et en fonction de la diffeacuterence entre les valeurs preacutedites et les valeurs mesureacutees En outre le systegraveme de meacuteta-preacutediction comporte un algorithme de classification increacutemental et hieacuterarchique de lrsquoespace qui permet de mesurer lrsquo eacutevolution des erreurs en preacutediction dans des situations comparables Cependant la capaciteacute de ces algorithmes agrave geacuteneacuterer des trajectoires deacuteveloppementales complexes et organiseacutees a seulement eacuteteacute eacutetudieacutee dans des espaces sensorimoteurs particuliers (Kaplan et Oudeyer 2003 Oudeyer et al 2007) et nrsquoa pas eacuteteacute eacutetudieacutee de maniegravere systeacutematique Crsquoest ce que nous proposons de faire la premiegravere anneacutee en utilisant des logiciels de simulation de robots reacutealistes comme Webots de Cyberbotics (voir figure 4) Il srsquoagira de tester les algorithmes dans des corps et des environnements varieacutes et de les coupler agrave des systegravemes drsquoapprentissages sensorimoteurs aussi varieacutes afin drsquoeacutetudier comment chaque combinaison permet ou pas la formation de trajectoires deacuteveloppementales (ie seacutequences drsquoapprentissages autonomes de savoir-faire de plus en plus complexes) et de comparer de maniegravere systeacutematique ces trajectoires deacuteveloppementales Une eacutetude comparative avec les reacutegulariteacutes et la diversiteacute des trajectoires deacuteveloppementales humaines pourra aussi ecirctre conduite

Enfin lrsquoimpleacutementation de ces systegravemes de motivation intrinsegraveque a pour lrsquoinstant eacuteteacute faite en srsquoinspirant fonctionnellement des recherches en psychologie du deacuteveloppement et en neuroscience mais son impleacutementation ne permet pas de les mettre en correspondance drsquoun point de vue structural avec les circuits neuronaux ceacutereacutebraux On eacutetudiera ainsi agrave ce stade du projet la possibiliteacute de construire un modegravele plus rapprocheacute drsquoune impleacutementation neurale et drsquoeacutetablir ces correspondances structurales pour en faire un modegravele compreacutehensible et utilisable par les chercheurs en neurosciences Nous beacuteneacuteficierons de lexpeacuterience des membres de lIdC et du laboratoire Cognition et Facteurs Humains impliqueacutes dans ce projet Jean Marc Salotti a notamment travailleacute sur la modeacutelisation de lapprentissage conditionneacute et de ses variantes (Gomond et Salotti 2006) ainsi que sur les meacutecanismes neurocomputationnels impliquant les noyaux de lamygdale dans une expeacuterience de sevrage aux opiaceacutees (projet ACI CNRS en Neurosciences Inteacutegratives et Computationnelles Salotti et al 2004) Bernard Claverie a une double compeacutetence dans les domaines de neurosciences et de psychologie cognitive ce qui permettra de renforcer lrsquoinspiration biomimeacutetique Il maicirctrise les meacutethodes drsquoeacutetude des processus cognitifs par les indices physiologiques les rapports neurofonctionnels et notamment les meacutethodes de potentiels cognitifs profonds chez lrsquohomme Enfin Pierre-Alexandre Favier a travailleacute pendant sa thegravese de doctorat sur une theacutematique proche agrave savoir la notion dintentionnaliteacute et est speacutecialiseacute dans la modeacutelisation et la simulation de comportements dagents autonomes (Favier 2004)

Figure 4 Le simulateur Webots comporte de nombreux modegraveles de robots dont lrsquoAIBO et lrsquohumanoiumlde Qrio et autorise un travail de prototypage et de recherche en robotique extrecircmement utile en particulier pour les eacutetudiants Il est disponible sous Windows et sous Linux (httpwwwcyberboticscom)

2 Outils technologiques pour lrsquointeraction naturelle homme-robot (Oudeyer

e maniegravere agrave amorcer le deacuteveloppement cognitif et social drsquoun robot et de pouvoir

ESalotti Filliat Claverie Favier Kaplan et eacutetudiants de lrsquoIdC + collaboration avec membres de IParla ) Dfaire des expeacuterimentations (dans lesquelles on eacutetudie par exemple les meacutecanismes qui permettent agrave un robot de srsquoaligner en temps reacuteel sur le comportement drsquoun partenaire humain ou drsquoapprendre de nouveaux mots) il est neacutecessaire que lrsquohomme et le robot puissent bien se percevoir mutuellement (Kaplan et Hafner 2006a) En outre pour ecirctre pertinentes les expeacuterimentations concernant le deacuteveloppement de capaciteacutes drsquointeacutegration au monde social humain par une machine devront ecirctre reacutealiseacutees et eacutevalueacutees avec des utilisateurs humains laquo naiumlfs raquo et non-experts Il faudra donc mettre au point un certains nombres drsquooutils et de meacutecanismes qui permettent un minimum de compreacutehension mutuelle entre la machine et lrsquohomme de maniegravere agrave pouvoir eacutetudier des questions comme celle de la reacutegulation ou lrsquoalignement social Cela implique drsquoabord un certain nombre drsquoaspects logiciels et algorithmiques qui serviront en permanence dans la suite du projet Cela implique ensuite la mise en place de proceacutedures drsquoeacutevaluations eacutelaboreacutees et inspireacutees agrave la fois des meacutethodes de psychologie expeacuterimentale et drsquoergonomie La pratique et lrsquoexpertise de ces meacutethodes agrave la fois par les membres de lrsquoInstitut de Cognitique et par le laboratoire associeacute CRAFT de lrsquoEPFL seront ainsi un grand atout La plateforme robotique de reacutefeacuterence qui sera utiliseacutee est le robot AIBO (lrsquoIdC en possegravede deacutejagrave un Oudeyer en possegravede deux Kaplan en possegravede un et Filliat en possegravede quatre) Cependant une recherche parallegravele sur les objets robotiques et sociaux deacuteveloppeacutes au CRAFT sera eacutegalement meneacutee (notamment le Wizkid)

Figure 5 Pour que lrsquointeraction soit naturelle et inteacuteressante il est essentiel que chaque partenaire comprenne ce que lrsquoautre est en train de percevoir Une maniegravere de reacutealiser cet objectif est drsquoeacutelargir le laquo monde raquo perccedilu par la machine (ici le robot AIBO) par exemple avec des techniques de reacutealiteacute augmenteacutee Une fois ces outils de base deacuteveloppeacutes on pourra mettre en place des expeacuterimentations concernant lrsquoadaptation progressive du robot agrave certain types drsquointeractions sociales (eg deacutecouverte de nouveaux rituels jeux de langage alignement comportemental hellip) Les meacutecanismes deacuteveloppeacutes pour ces expeacuterimentations seront ensuite testeacutes et valideacutes en utilisant des meacutethodes de psychologie expeacuterimentale et drsquoergonomie

E21 Pour le robot (eg lrsquoAIBO) ou les objets robotiques sociaux (eg le Wizkid) cela

plique tout drsquoabord la capaciteacute agrave percevoir les objets qui lrsquoentourent Les

ne fois que ces capaciteacutes de perceptions laquo immeacutediates raquo seront mises en place n travail sera fait sur les meacutecanismes qui permettent aux machines de se construire

imtechniques de vision artificielle posent malheureusement des problegravemes de robustesse dans les environnements non fortement contraints comme ceux qui sont pertinents pour lrsquoeacutetude du deacuteveloppement cognitif Une premiegravere solution consiste agrave faire interagir le robot et lhumain lors de lapprentissage de la vision afin que dune part lhumain comprenne ce que voit le robot et dautre part quil le corrige ou modifie lenvironnement pour laider agrave voir (Salotti 2007) Une autre maniegravere de contourner les limitations du robot de faccedilon simple et efficace est lrsquoutilisation de petites eacutetiquettes agrave la ldquocode-barrerdquo que lrsquoon colle sur les objets et qui peuvent permettre de les traquer en temps reacuteel Cette technique maicirctriseacutee par lrsquoeacutequipe Iparla de lrsquoINRIA Bordeaux sera impleacutementeacutee dans une architecture logicielle baseacutee sur le langage URBI (E211) langage speacutecialiseacute pour la programmation des robots et conccedilu dans lrsquoeacutequipe qursquoanime David Filliat En parallegravele une troisiegraveme approche sera exploreacutee baseacutee sur le traitement et la repreacutesentation des images agrave base de laquo sac de mots raquo (Filliat 2007) drsquoapporter la robustesse neacutecessaire agrave lrsquoapprentissage et la reconnaissance drsquoobjets Ces techniques qui ont fait leurs preuves dans le cadre de la navigation seront eacutegalement inteacutegreacutees agrave lrsquoarchitecture URBI pour permettre agrave terme des expeacuteriences en environnements moins preacutepareacutes A cette architecture logicielle sera aussi inteacutegreacute un module de reconnaissance des eacutemotions et des attitudes dans la voix humaine ainsi qursquoun module drsquoexpression vocale eacutemotionnelle baseacute sur les travaux de Oudeyer dans ce domaine (Oudeyer 2003) (E212) Sera aussi deacuteveloppeacute et inteacutegreacute un module drsquoanimation corporelle qui permet agrave lrsquohumain de mieux comprendre lrsquoeacutetat interne du robot et donc de fluidifier les interactions sociales (E213) Enfin en collaboration avec IPARLA sera deacuteveloppeacute un systegraveme de meacutediation au travers drsquoun PDA (ou autre appareil mobile) pour permettre une communication efficace et riche entre lrsquohumain et le robot (E214) Cela devra permettre agrave lrsquohumain de visualiser de maniegravere intuitive sur le PDA un certain nombre drsquoinformations deacutecrivant lrsquoeacutetat interne du robot comme par exemple lrsquoimage qursquoil est en train de percevoir avec sa cameacutera Ceci jouera le rocircle de facilitateur pour que lrsquohumain et le robot puissent ldquopartager leur attentionrdquo crsquoest agrave dire focaliser leur attention sur le mecircme aspect de leur environnement En outre lrsquohumain devra pouvoir communiquer avec le robot par le biais de dessinsgestes sur lrsquoeacutecran du PDA E22 Uuprogressivement des repreacutesentations internes des situations et des interactions sociales qui ont lieu dans leur environnement Lrsquoapproche deacuteveloppementale qui ne preacutesuppose pas la connaissance a priori de lrsquoenvironnement social sera particuliegraverement pertinente En particulier son objectif est de permettre agrave une machine donneacutee de srsquoadapter par elle-mecircme agrave des situations sociales changeantes et non forceacutement preacutedictible par le concepteur Cela sera rendu possible par le caractegravere increacutemental et temps reacuteel des meacutecanismes drsquoapprentissages deacuteveloppementaux et est agrave contraster avec les approches classiques dans lesquels des bases de donneacutees drsquoexemples sont construites agrave lrsquoavance et manuellement par des experts humains

Une autre dimension et un autre deacutefi de cette approche deacuteveloppementale est de permettre aux repreacutesentations qui sont construites de croicirctre en complexiteacute au cours du temps et drsquoecirctre reacuteutiliseacutees efficacement par la machine pour srsquointeacutegrer dans les interactions sociales Une partie de cette recherche sera meneacutee avec la plateforme Wizkid (voir la section) en cours de deacuteveloppement au CRAFT EPFL Cette eacutecran motoriseacute eacutequipeacute dune camera peut reconnaicirctre les visages et les suivre Un sous-ensemble des technologies dinteraction deacuteveloppeacutees lors du projet sera inteacutegreacute agrave cette plateforme qui est aura agrave la fois le rocircle de plateforme drsquoexpeacuterimentation et de validation des techniques de construction de repreacutesentations sociales mais aussi le rocircle de deacutemonstrateur drsquoapplication potentielle pouvant deacutecouler de ce projet En particulier linfluence de la preacutesence dun tel systegraveme lors de seacuteances de travail en petit groupe sera eacutetudieacutee au travers dune seacuterie dexpeacuteriences meneacutees agrave la fois au CRAFT et agrave lrsquoIdC par leurs experts respectifs en ergonomie E23 Outre ces modules logiciels un travail de deacuteveloppement de meacutecanismes

rsquointeractions simples adaptatifs et robustes permettant au robot et agrave lrsquohumain de

drsquoune nouvelle classe drsquoalgorithmes de motivations trinsegraveques (Oudeyer Kaplan Favier + eacutetudiants IdC)

istants sont baseacutes sur des esures abstraites de lrsquoeacutevolution des systegravemes de preacutedictions sensorimotrices des

maintenant les expeacuteriences sur les systegravemes de motivations trinsegraveques nrsquoeacutetaient conduites que dans des espaces statiques de repreacutesentations

ddiriger lrsquoattention de lrsquoautre sera effectueacute Cela implique un travail drsquoergonomie et de deacuteveloppement substantiel qui devra ecirctre testeacute avec des sujets reacuteels et ldquonaiumlfsrdquo pour eacutevaluer agrave quel point ces outils de base permettent une interaction simple et naturelle avec un robot autonome Nous nous appuierons pour cela sur les compeacutetences et les ressources humaines de lInstitut de Cognitique LrsquoIdC est en effet un institut universitaire speacutecialiseacute dans lrsquoeacutetude des facteurs humains du traitement cognitif de lrsquoinformation et des interfaces anthropotechniques De plus au 1er janvier 2007 lrsquoensemble de lrsquoeacutequipe drsquoergonomie des systegravemes complexes dirigeacutee par le professeur Franccedilois Daniellou a inteacutegreacute lrsquoInstitut La dimension drsquointerface et drsquointeraction du projet de recherche fera lrsquoobjet de meacutemoire de recherches et drsquoapplication de projets ingeacutenieurs dans le cadre de lrsquoergonomie et pourra deacuteboucher sur une thegravese de lrsquoeacutecole doctorale des Sciences Humaines et Sociales mention ergonomie 3egraveme et 4egraveme anneacutee E3 Deacuteveloppement in E31 Les algorithmes de motivations intrinsegraveques exmrobots (voir E1 ci-dessus) Des algorithmes plus geacuteneacuteraux baseacutes sur les configurations abstraites de lrsquoespace sensori-moteur seront deacuteveloppeacutes impleacutementant directement le concept de ldquoflowrdquo deacuteveloppeacute par le psychologue Csikszenthmihalyi (1991) Lrsquoeacutetat de ldquoflowldquo caracteacuterise lrsquoeacutetat mental optimal dans lequel les humains se trouvent quand ils srsquoexercent agrave des activiteacutes qui ne sont ni trop faciles ni trop dures mais au contraire offrent des potentialiteacutes drsquoapprentissage efficaces et tangibles E32 En outre jusqursquoagravein

cognitives Des meacutecanismes drsquoeacutevolution et drsquoabstraction progressive de ces espaces de repreacutesentation potentiellement utiliseacutes dans le cadre de la theacuteorie des options (Sutton et al 2997) seront deacuteveloppeacutes et inteacutegreacutes dans le cadre de nouvelles expeacuteriences effectueacutees dans des environnements simuleacutes En particulier ce travail eacutetendra les bases eacutetablies par les travaux de Kaplan dans (Kaplan et Hafner 2006b Kaplan et Hafner 2005) Il srsquoagit drsquoun cadre matheacutematique formel baseacute sur la theacuteorie de lrsquoinformation qui permet de comparer et drsquoabstraire de maniegravere non-superviseacutee des dynamiques sensorimotrices qui ont une eacutechelle de temps significative (plusieurs secondes) La notion de laquo configuration raquo est centrale dans cette approche ccedilrsquoest un ensemble de distances baseacutee sur lrsquoinformation mutuelle entre les canaux sensoriels et moteurs consideacutereacutes comme des sources drsquoinformation Parce que ces informations de distance capturent simultaneacutement des notions de proximiteacute physique drsquointermodaliteacute de relation fonctionnelle et de couplages externes une configuration caracteacuterise une interaction donneacutee ancreacutee dans le monde reacuteel Grace agrave cette approche nous espeacuterons reacuteussir agrave former des repreacutesentations de plus haut niveau des collections de savoir-faire progressivement acquises par des machines deacuteveloppementales et qui eacutetendent les reacutesultats preacuteliminaires deacutejagrave obtenus (Kaplan et Hafner 2006b Kaplan et Hafner 2005) E4 Prototype drsquointeractions robot-humain pour lrsquoapprentissage du langage

udeyer Salotti Le Blanc Claverie Favier Filliat et eacutetudiants de lrsquoIdC)

res anneacutees eront inteacutegreacutes dans une expeacuterience drsquoapprentissageenseignement du langage avec

(O Les outils de base pour lrsquointeraction naturelle deacuteveloppeacutes les deux premiegravesun robot Le but de cette expeacuterience est drsquoarriver agrave construire un systegraveme assez simple et robuste qui permette agrave un utilisateur ldquonaiumlfrdquo drsquoenseigner des mots nouveaux agrave un robot pour deacutecrire ses propres actions ainsi que les objets qui lrsquoentourent (voir la maquette sur la figure 6)

Figure 6 Maquette illustrant le type drsquointeraction pour lrsquoapprentissage des premiers mots et que lrsquoon cherchera agrave rendre possible et naturelle avec des sujets laquo naiumlfs raquo qui ne connaissent ni le robot ni les technologies informatiques sous-jacentes

41 Des prototypes drsquoapprentissage du langage entre un humain et un robot ont

42 En outre lrsquointeacuterecirct scientifique fondamental de cette expeacuterience deacutecoulant du

43 Cela sera aussi lrsquooccasion de tenter de formaliser le problegraveme de lrsquoapprentissage

44 Cette expeacuterience sera eacutegalement au centre drsquoun travail sur la repreacutesentation du

Edeacutejagrave eacuteteacute deacuteveloppeacutes par plusieurs groupes de recherche mais toujours dans des situations hyper-contraintes (eg utilisation de plusieurs cameacuteras et drsquoeacuteclairages controcircleacutes) et impliquant un utilisateur expert (eg Levinson et al 2003 Dominey 2005) La reacutealisation de cet objectif dans un environnement tregraves peu contraint et avec des personnes non-expertes sera ainsi une avanceacutee technologique majeure Divers solutions seront envisageacutees et deacuteveloppeacutees par exemple incluant lrsquoutilisation plus ou moins fortes du PDA ou des architectures cognitives plus ou moins ad hoc et compareacutees dans une eacutetude drsquoergonomie systeacutematique qui eacutevaluera agrave la fois lrsquoaspect naturel et la dimension drsquointeacuteressement provoqueacutee (ou pas) chez les utilisateurs Efait qursquoon ne suppose pas que lrsquoutilisateur est un expert maicirctrisant deacutejagrave des protocoles drsquointeraction fixes et preacutedeacutetermineacutes est qursquoelle permettra drsquoexplorer de faccedilon concregravete les meacutecanismes drsquoeacutetablissement de jeux de langage susceptibles drsquoecirctre redeacutefinis au cours des interactions et en mecircme temps cruciaux pour lrsquoapprentissage social des premiers mots Ce travail consistera en particulier agrave mettre au point des espaces de repreacutesentations cognitives geacuteneacuteriques et puissants des interactions sociales qui soient en mecircme temps assez souples pour permettre agrave un robot de les apprendre et de les mettre agrave jour en temps reacuteel Lrsquoune des dimensions de ce travail consistera agrave deacutevelopper des meacutecanismes drsquoinfeacuterence de repreacutesentation et de manipulation des intentions des individus impliqueacutes dans lrsquointeraction Lrsquoexpertise de Pierre-Alexandre Favier qui a fait sa thegravese sur les repreacutesentations computationnelles de lrsquointentionnaliteacute (Favier 2004) sera preacutecieuse Elinguistique situeacute et peu contraint dans un cadre drsquoapprentissage par renforcement tout en en speacutecifiant un certain nombre de diffeacuterences importantes avec les problegravemes drsquoapprentissage par renforcement classique Il srsquoagira ensuite de reacutefleacutechir sur les algorithmes drsquoapprentissage qui sont neacutecessaires etou suffisants et en particulier de voir agrave quel point les architectures inspireacutees des neurosciences sont utilisables (Gomond et Salotti 2006) Esens linguistique et lexical en particulier en terme de scheacutemas sensorimoteurs voire drsquooptions et en ligne avec les approches de la linguistique cognitive (Croft et Cruse 2004) Des interactions avec lrsquoeacutequipe INRIA Signes pourront alors ecirctre fructueuses De maniegravere geacuteneacuterale cette eacutetude requiert eacutegalement des compeacutetences en repreacutesentation et acquisition des connaissances Nous prendrons notamment en compte laspect systeacutemique de la connaissance et du langage en particulier agrave savoir quune connaissance comporte trois volets indissociables une information un sens et un contexte Il y a ensuite laspect structurel dun systegraveme de connaissances agrave savoir que la structure de graphe dite petit-monde se retrouve partout et agrave tous les niveaux dans les systegravemes humains et certains systegravemes naturels (Le Blanc 2003)

E5 Travail amont de conception drsquoun environnement drsquoexpeacuterimentation de grande eacutechelle sur les interactions robots-robots ldquoHumanoids playroomrdquo (Kaplan Oudeyer + eacutetudiants de lrsquoECAL) Une fois que les algorithmes de motivation intrinsegraveque et que les expeacuterimentations initiales sur les interactions homme-robot auront eacuteteacute meneacutees une expeacuterimentation de plus grande eacutechelle pourra ecirctre mise en place Elle consistera agrave creacuteer un environnement de type salle de jeu adapteacute agrave plusieurs petits humanoiumldes (par exemple deacuteveloppeacutes par la start-up franccedilaise Aldebaran Robotics coucirct drsquoenviron 3000 euros par humanoiumlde) et dans lequel doteacutes drsquoarchitectures cognitives deacuteveloppementales ils pourront se deacutevelopper et interagir pendant une peacuteriode de temps eacutetendue Cette expeacuterience permettra non seulement de deacutevelopper des systegravemes robustes et inteacutegreacutes mais sera aussi lrsquooccasion de communiquer le reacutesultat des recherches du projet agrave un large public par exemple en lrsquoinstallant au museacutee Cap Sciences de Bordeaux qui a preacutevu de faire une grande exposition sur les robots en 2009-2010 Lrsquoun des eacuteleacutements cleacutes de la reacuteussite de cette expeacuterience est le design drsquoun environnement qui permette un deacuteveloppement riche et complexe aux robots Cela passe par la preacutesence drsquoobjets jouets ou outils (eg toboggans bicyclettes pinces crayons hellip) qursquoils peuvent manipuler facilement afin de deacutevelopper de nouveaux savoir faire Un premier exemple de cette deacutemarche a eacuteteacute reacutealiseacute en 2006 par Freacutedeacuteric Kaplan et des eacutetudiants de lrsquoEcole Cantonale de Design de Lausanne (httpaiboplayroomfr) Il srsquoagira ici de partir sur les mecircmes bases mais agrave plus grande eacutechelle Ainsi pendant cette premiegravere anneacutee un travail entre Kaplan et lrsquoECAL pourra ecirctre mis en oeuvre pour prototyper les objets en lrsquoenvironnement de cette expeacuterience intituleacutee ldquoHumanoids Playroomrdquo

Figure 7 Un stylo une bicyclette une puce et une pince adapteacutes agrave lrsquoAIBO et deacuteveloppeacutes par Kaplan et

des eacutetudiants de lrsquoECAL Nous proposons de deacutevelopper des objets de ce type dans le cadre de lrsquoexpeacuterience laquo Humanoids Playroom raquo (photo ECALMilo Keller)

5egraveme anneacutee E6 Le projet ldquoHumanoids Playroomrdquo (Oudeyer Kaplan Salotti Favier Claverie Filliat + eacutetudiants de lrsquoIdC et de lrsquoECAL) Lrsquoobjectif de ce deacutemonstrateur est de montrer comment une petite communauteacute de robots humanoiumldes eacutequipeacutes de systegravemes de motivations intrinsegraveques geacuteneacuteraliseacutes peut se deacutevelopper sur une eacutechelle de plusieurs mois et au cours de leurs interactions physiques avec lrsquoenvironnement de leurs interactions avec des humains et de leurs interactions entre eux La dimension drsquointeraction robot-robot sera en outre nouvelle par rapport aux expeacuterimentations preacuteceacutedentes Elle permettra drsquoeacutetudier drsquoune part les meacutecanismes qui permettent la formation drsquoune culture primitive et drsquoautre part

en quoi cela peut permettre de rendre ces robots encore plus inteacuteressants pour les humains Cette expeacuterience nrsquoaura pas seulement un but scientifique mais aussi peacutedagogique en permettant un accegraves agrave ces recherches agrave un large public sur le site de lrsquoexpeacuterimentation ainsi que par le biais drsquoun site Internet qui sera deacuteveloppeacute pour suivre en permanence son eacutevolution Ce pourra ecirctre une occasion particuliegraverement adapteacutee pour susciter un inteacuterecirct pour les sciences chez les adolescents et les motiver pour poursuivre des eacutetudes en sciences et en technologies E61 Une fois que lrsquoenvironnement aura eacuteteacute mis au point et fabriqueacute un travail drsquointeacutegration sur les humanoiumldes des technologies deacuteveloppeacutees dans les premiegraveres anneacutees sera effectueacute Cela impliquera une extension de certains modules logiciels (E611) et le deacuteveloppement de biais et primitives motrices qui permettront aux systegravemes sensorimoteurs des robots de tirer partie efficacement de leur environnement (E612) E62 Lrsquointeacutegration des algorithmes de motivation intrinsegraveque et des meacutecanismes drsquointeractions naturelles pour un apprentissage social neacutecessitera le deacuteveloppement drsquoalgorithmes nouveaux qui devront en particulier controcircler lrsquoeacutequilibre entre autonomie et eacutecoute sociale de la part des robots Cela pourra donner lieu en particulier agrave des expeacuteriences eacutetudiant comment les motivations intrinsegraveques peuvent ecirctre agrave la source de lrsquointeacuterecirct pour la communication langagiegravere et les interactions sociales de la part des robots en continuation des expeacuteriences meneacutees par Oudeyer et Kaplan sur ce sujet en 2006 (Oudeyer et Kaplan 2006) Ces eacutetudes seront replaceacutees dans le cadre des theacuteories de lrsquoapprentissage et du deacuteveloppement du langage chez lrsquoenfant humain et les implications theacuteoriques seront deacutetailleacutees E63 En outre seront deacuteveloppeacutes des meacutecanismes qui permettent la transmission effective et naturelle de savoir-faire entre robots et ainsi la formation de dynamiques culturelles (E631) On pourra deacutevelopper un ensemble drsquooutils qui permettent drsquoeacutevaluer et de suivre lrsquoeacutevolution du systegraveme culturel formeacute par ces robots et baseacute sur une expeacuterience similaire conduite par Kaplan Steels et collegravegues en 1999 et 2000 (lrsquoexpeacuterience des Talking Heads Steels et Kaplan 2002) (E632) On eacutetudiera eacutegalement les rocircles des interactions sociales sur la formation des trajectoires deacuteveloppementales dans lrsquoesprit des simulations systeacutematiques qui auront eacuteteacute reacutealiseacutees la premiegravere anneacutee mais qui ne comportaient pas cette dimension sociale (E633) E64 Enfin lrsquoensemble des briques logicielles et technologiques qui auront eacuteteacute deacuteveloppeacutees au cours de ce projet seront inteacutegreacutees dans un package qui sera utilisable facilement agrave la fois par drsquoautres eacutequipes de recherche par les eacutequipes peacutedagogiques des universiteacutes et des grandes eacutecoles qui pourront utiliser ce cadre pour inteacutegrer lrsquoenseignement de disciplines informatiques varieacutees mais aussi par le public grandissant des programmeurs amateurs de robots

VII Positionnement du projet agrave au sein de lrsquoINRIA au niveau national et international 1) Positionnement au sein de lrsquoINRIA Place du projet dans les axes strateacutegiques de lrsquoINRIA Au niveau theacutematique ce projet pourra srsquointeacutegrer naturellement dans les axes et les prioriteacutes de recherches deacutefinies par lrsquoINRIA tout en se distinguant clairement des autres projets existants En effet ce projet est centreacute sur la modeacutelisation bio-inspireacutee des systegravemes cognitifs et donc srsquoinsegravere dans la theacutematique laquo Systegravemes Cognitifs raquo et est transversal aux deux sous-thegravemes Cog A (laquo Modeacutelisation statistique et apprentissage raquo) et Cog C (laquo Donneacutees multimeacutedia interpreacutetation et interaction homme-machine raquo) En effet lrsquoun des aspects principaux du projet FLOWERS est la mise en place de systegravemes drsquoapprentissages dans une architecture qui doit permettre des interactions naturelles et multimodales entre les hommes et les machines En outre eacutetant donneacute que ce projet a pour objectif de mettre au point des meacutecanismes qui modeacutelisent le deacuteveloppement cognitif et interactionnel chez les ecirctres vivants (les humains en particulier) en les simulant et en les testant sur des robots il srsquoinsegravere dans deux des sept deacutefis prioritaires eacutetablis par lrsquoINRIA dans le plan strateacutegique de son contrat quadriennal 2006-2009 laquo Combiner simulation visualisation et interaction raquo et laquo Modeacuteliser le vivant raquo Compleacutementariteacutes et diffeacuterences avec les projets INRIA existants Ce projet comporte un certain nombre de points de connexiteacute et de compleacutementariteacutes avec des projets INRIA existants tout en se distinguant clairement de chacun drsquoentre eux et en introduisant une voie de recherche transversale Dans lrsquoaxe theacutematique laquo Systegravemes cognitifs raquo plusieurs eacutequipes srsquointeacuteressent agrave la construction de machines autonomes (eg CORTEX MAIA) aux couplages sensorimoteurs en robotique (eg LAGADIC) agrave lrsquoeacutetude de meacutecanismes drsquoapprentissage (eg SELECT TAO SEQUEL CORTEX MAIA) et de meacutecanismes de construction de repreacutesentations associeacutees agrave lrsquoapprentissage et agrave la perception (eg DREAM ORPAILLEUR PRIMA) et aux interactions naturelles homme-machine avec un accent sur lrsquoergonomie (eg IN SITU MERLIN) Notre projet srsquointeacuteresse agrave tous ces aspects mais ils nrsquoen sont ni le centre ni lrsquoobjectif nous nous concentrons sur les meacutecanismes du deacuteveloppement cognitif et social et eacutetudions agrave travers ce prisme la place et le rocircle des meacutecanismes drsquoapprentissage de constructions de repreacutesentations drsquointeractions sociales et drsquoautonomie Ainsi aucun des projets existants de lrsquoINRIA nrsquoa les mecircmes objectifs que ceux du projet FLOWERS que nous rappelons 1) srsquoinspirer du vivant pour mettre au point des techniques informatiques qui permettent agrave une machine (eg un robot) de pouvoir srsquoadapter et deacutevelopper des savoir-faire nouveaux dans des environnements reacuteels (physiques et sociaux) changeants et dont elle connaicirct un minimum de choses agrave lrsquoavance 2) formaliser de maniegravere computationnelle et expeacuterimenter des theacuteories du deacuteveloppement cognitif en particulier celles concernant le deacuteveloppement des beacutebeacutes humains

Par exemple si les projets CORTEX et MAIA srsquointeacuteressent agrave la mise au point drsquoalgorithmes drsquoapprentissages (bio-inspireacutes pour CORTEX) ccedilrsquoest dans le cadre de la reacutesolution de tacircches speacutecifieacutees agrave lrsquoavance par le concepteur et ni dans une perspective deacuteveloppementale dans laquelle on eacutetudie comment la machine choisit par elle-mecircme les savoir-faire qursquoelle va apprendre ni dans une perspective drsquoaccegraves au monde social et linguistique Lrsquoeacutequipe SEQUEL quant agrave elle srsquointeacuteresse agrave un aspect de la perspective deacuteveloppementale qui est celui de lrsquoapprentissage increacutemental et par renforcement La diffeacuterence est qursquoelle eacutetudie et vise agrave deacutevelopper des algorithmes efficaces sans se contraindre agrave essayer de modeacuteliser les meacutecanismes agrave lrsquoœuvre chez les ecirctres vivants En outre elle ne srsquointeacuteresse pas non plus agrave la maniegravere dont ces meacutecanismes drsquoapprentissage increacutemental inteacutegreacutes dans une architecture cognitive complegravete peuvent permettre par exemple agrave un robot drsquoacceacuteder progressivement au monde social et linguistique Cependant lrsquointeacuterecirct commun geacuteneacuteral pour lrsquoapprentissage increacutemental et par renforcement pourrait donner lieu agrave des eacutechanges fructueux entre les deux projets En effet lrsquoun des points particuliers de recherche de notre projet est le deacuteveloppement de systegravemes de reacutecompenses internes sophistiqueacutes alors que le projet SEQUEL deacuteveloppe des systegravemes de seacutelection de lrsquoaction efficaces et sophistiqueacutes qui peuvent permettre de maximiser lrsquoobtention drsquoun type donneacute de reacutecompense Pour certaines expeacuterimentations nous pourrions donc par exemple utiliser les algorithmes de seacutelection de lrsquoaction deacuteveloppeacutes par SEQUEL pour tester nos architectures baseacutees sur les motivations intrinsegraveques Le projet IN SITU srsquointeacuteresse aux nouvelles techniques drsquointeractions et partage avec le projet FLOWERS la vision que la cognition est un pheacutenomegravene qui ne peut se comprendre qursquoen tant que situeacute dans des contextes particuliers et se construit par-dessus les affordances qui existent entre les individus et leur environnement physique et social Tout comme le projet MERLIN le projet IN SITU comporte une large part drsquoeacutetudes ergonomiques des machines qui est eacutegalement essentielle dans le projet FLOWERS ougrave elles serviront agrave valider la capaciteacute de machinesdeacutemonstrateurs agrave srsquoadapter au monde social qui les entourent Cependant ni IN SITU ni MERLIN ne srsquointeacuteressent directement aux machines autonomes intelligentes et aux architectures bio-inspireacutees Lrsquoeacutequipe PRIMA srsquointeacuteresse agrave la perception et agrave la repreacutesentation des actions humaines et des contextes drsquointeraction pour les environnements interactifs Cette question rejoint lrsquoune des probleacutematiques de FLOWERS qui est celle de permettre agrave une machine autonome de percevoir et de se construire des repreacutesentations des situations sociales Cependant les meacutethodes et les objectifs globaux sont clairement diffeacuterents PRIMA tente de deacutevelopper des techniques baseacutees sur la vision et qui soit efficaces sans avoir lrsquointention de modeacuteliser la maniegravere dont les repreacutesentations des contextes sociaux sont construites et utiliseacutees chez les humains Au contraire la vision nrsquoest pas une modaliteacute centrale dans notre projet et surtout nous eacutetudions ces meacutecanismes du point de vue de leurs rapports au deacuteveloppement cognitif et social

Dans certaines de nos expeacuteriences nous tenterons ainsi drsquoeacutetudier comment une machine autonome peut se construire progressivement des repreacutesentations sociales avec un minimum de connaissances a priori Dans drsquoautres expeacuteriences nous supposerons au contraire que des capaciteacutes de repreacutesentations du contexte social sont deacutejagrave preacutesentes et nous eacutetudieront comment elles peuvent ecirctre utiliseacutees pour apprendre agrave interagir et en particulier pour apprendre les premiers mots Ainsi ce deuxiegraveme type drsquoexpeacuteriences de FLOWERS pourrait beacuteneacuteficier si ccedilrsquoest possible des techniques deacuteveloppeacutees par PRIMA en tant qursquooutils Enfin un certain nombre drsquoeacutequipes agrave lrsquoINRIA srsquointeacuteressent au langage (eg SIGNES Langue et Dialogue Calligramme Atoll Talaris hellip) Leurs objectifs et leurs meacutethodes sont tregraves diffeacuterentes de celles de FLOWERS En effet ces projets visent agrave deacutevelopper des techniques de repreacutesentation et de traitement de la langue naturelle laquo adulte raquo (comme le franccedilais ou lrsquoanglais que nous parlons et eacutecrivons) sans avoir lrsquointention de modeacuteliser la maniegravere dont cela est reacutealiseacute par le cerveau humain et avec pour objectifs applicatifs la construction de systegravemes de dialogues sophistiqueacutes homme-machine drsquoanalyse de texte ou drsquointerrogation de bases de donneacutees en langue naturelle Au contraire nous nous inteacuteressons agrave la question de lrsquoacquisition du langage au travers de lrsquointeraction entre un individu (machine ou homme) avec son environnement physique et social et en particulier agrave la maniegravere dont le sens des mots peut srsquoancrer dans cette reacutealiteacute Notre objectif nrsquoest pas de construire une machine qui parle comme un adulte mais plutocirct de modeacuteliser avec une machine la maniegravere dont les beacutebeacutes apprennent leurs premiers mots Nous pensons par ailleurs que ce deacutetour fondamental pourrait permettre de lever un certain nombre des limites des systegravemes classiques de linguistique computationnelle Cependant le projet FLOWERS a un point commun important avec le projet SIGNES en cela que son eacutequipe comporte agrave la fois des informaticiens et des speacutecialistes de sciences humaines et biologiques (psychologues et neurophysiologistes pour FLOWERS linguistes pour SIGNES) En particulier certains des membres de SIGNES srsquointeacuteressent agrave la seacutemantique lexicale domaine auquel le projet FLOWERS srsquointeacuteresse drsquoun point de vue diffeacuterent mais compleacutementaire et leur implantation sur Bordeaux pourra offrir lrsquoopportuniteacute drsquointeractions potentiellement fructueuses Pour terminer si les travaux de lrsquoeacutequipe IParla agrave Bordeaux nrsquoont pas de rapports theacutematiques directs avec ceux de FLOWERS une possibiliteacute de coopeacuteration tregraves utile pour FLOWERS et concernant lrsquoutilisation de certaines de leur technologies mobiles (voir E2) a deacutejagrave eacuteteacute discuteacutee avec ses membres 2) Positionnement national et international Comme nous allons le deacutetailler dans la section VIII le projet FLOWERS srsquoattaque agrave des problegravemes qui ont eacuteteacute eacutetabli comme deacutefis strateacutegiques par le 7egraveme PCRD au niveau europeacuteen (FP7 IST Challenge 2 laquo Cognitive systems interaction robotics raquo) ainsi que dans les appels agrave projets de lrsquoANR (eg laquo Robotique et systegravemes interactifs raquo)

En ce qui concerne la place du projet FLOWERS dans la communauteacute scientifique internationale celui-ci srsquoinsegravere explicitement dans le domaine de la robotique deacuteveloppementale et eacutepigeacuteneacutetique qui a eacutemergeacute dans les anneacutees 2000-2001 et qui depuis a rapidement grandi et regroupe une communauteacute stable qui se rencontre en particulier chaque anneacutee agrave deux confeacuterences internationales laquo Epigenetic Robotics Modeling Cognitive Development in Robotic Systems raquo (depuis 2001 site web httpwwwepigenetic-roboticsorg) et IEEE International Conference on Development and Learning (web site httpwwwicdl07org ) Parmi les membres du projet Kaplan et Oudeyer ont organiseacute et eacuteteacute co-chair de Epigenetic Robotics lrsquoanneacutee derniegravere et sont membres du comiteacute de programme de ces confeacuterences depuis plusieurs anneacutees Filliat a eacutegalement deacutejagrave participeacute agrave ces confeacuterences Ces theacutematiques et cette communauteacute sont eacutegalement preacutesentes dans des confeacuterences comme Simulation of Adaptive Behaviour (httpwwwsab06org ) Meetings of the Cognitive Science Society (httpcseppsycmemphiseducogsci07 ) IEEE RAS International Conference on Humanoid Robots (httphumanoids06epflch) ou IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication (httpwwwro-man2007org ) Plusieurs membres du projet sont eacutegalement tregraves familiers de ces confeacuterences et font partie de plusieurs des comiteacutes de programmes associeacutes Plus preacuteciseacutement lrsquoaccent que le projet FLOWERS met drsquoune part sur les systegravemes de motivations intrinsegraveques et leur rocircle dans le deacuteveloppement et drsquoautre part sur les meacutecanismes deacuteveloppementaux drsquoaccegraves au monde social et linguistique fait aussi lrsquoobjet drsquoeacutetude avanceacutees dans plusieurs eacutequipes en France et dans le monde De maniegravere tregraves inteacuteressante les travaux de recherche sur les motivations intrinsegraveques ont eacutemergeacutes il y a quatre ou cinq ans dans deux communauteacutes en mecircme temps Ce fut tout drsquoabord le cas en robotique deacuteveloppementale avec lrsquoeacutequipe de John Weng agrave Michigan State University (httpwwwcsemsuedu~weng ) lrsquoeacutequipe de Christopher Prince agrave lrsquoUniversiteacute du Minnesota Duluth (httpwwwdumnedu~cprinceERL ) lrsquoeacutequipe de Douglas Blank agrave Bryn Mayr College (httpcsbrynmawredudevrob ) et lrsquoeacutequipe dirigeacutee par deux membres du projet au Sony Computer Science Lab agrave Paris (Oudeyer et Kaplan httpwwwcslsonyfrResearchTopicsDevelopmentalRoboticsindexhtml ) Au mecircme moment et en parallegravele les mecircmes questions ont commenceacute agrave ecirctre eacutetudieacutees par la communauteacute scientifique de lrsquoapprentissage par renforcement sous lrsquoimpulsion drsquoAndrew Barto ndash lrsquoun des fondateurs de ce domaine - et de son eacutequipe (httpwww-anwcsumassedu~barto) et sous le nom de laquo intrinsically motivated reinforcement learning raquo Depuis ces deux communauteacutes se sont rencontreacutees et ont eu des eacutechanges fructueux sur cette probleacutematique Lrsquoobjectif du projet FLOWERS et de capitaliser sur notre position de pionnier dans ce domaine (en particulier nous sommes les plus en avanceacutes en termes drsquoimpleacutementation de systegravemes de motivations intrinsegraveques sur des robots) et de faire avancer significativement cette direction de recherche En ce qui concerne lrsquoapproche deacuteveloppementale du monde social et linguistique les eacutequipes dont les travaux se rapprochent le plus de ceux proposeacutes dans le projet

FLOWERS sont au niveau national lrsquo eacutequipe de neurocyberneacutetique de Philippe Gaussier agrave lrsquoENSEA (httpwww-etisenseafrEquipesNeuro ) lrsquoeacutequipe Cognition Seacutequentielle et Langage de Peter Ford Dominey agrave lrsquoInstitut de Sciences Cognitives de Lyon (httpwwwisccnrsfrdomdommenu-enhtm) lrsquoeacutequipe Vulneacuterabiliteacute Deacuteveloppement et Psychopathologie de Jacqueline Nadel agrave lrsquoUMR CNRS 7593 A lrsquointernational ce sont les eacutequipes de Kerstin Dautenhahn et Lola Canamero au laboratoire Adaptive Systems Group dans lrsquouniversiteacute drsquoHertfordshire (httpadapsysfeishertsacuk ) celle de Aude Billard agrave lrsquoEPFL (httplasaepflchpeoplememberphpSCIPER=115671) et celle de Brian Scassellati agrave lrsquoUniversiteacute de Yale (httpgundamcsyaleedu) Les travaux des trois eacutequipes franccedilaises sont tregraves compleacutementaires avec ceux du projet FLOWERS les eacutequipes de Philippe Gaussier et Jacqueline Nadel utilisent une architecture neurale particuliegravere assez diffeacuterente des systegravemes de motivation intrinsegraveques deacuteveloppeacutes dans le projet FLOWERS et sont speacutecialiseacutees sur les dynamiques de lrsquoimitation alors que nous tenterons deacute faire acceacuteder nos systegravemes au langage Quant agrave lrsquoeacutequipe de Peter Ford Dominey elle est focaliseacutee sur la question de lrsquoapprentissage des structures grammaticales au cours de interactions sociales et preacutesuppose des capaciteacutes drsquointeractions sociales complexes de la part de leurs robots (en particulier la connaissance de protocoles drsquointeractions preacute-eacutetablis comme les jeux de langage) Au contraire le projet FLOWERS srsquointeacuteresse agrave la maniegravere dont ces protocoles peuvent ecirctre appris par un robot de maniegravere naturelle et lui permettant drsquoapprendre les premiers mots Les travaux des eacutequipes eacutetrangegraveres sont plus directement en concurrence avec le projet FLOWERS et notre objectif est de maintenir et renforcer notre position aux avant-postes de cette recherche internationale Enfin il existe plusieurs autres laboratoires de niveau mondial et srsquointeacuteressant agrave des probleacutematiques qui croisent celles du projet FLOWERS lrsquoeacutequipe de Benjamin Kuipers agrave lrsquoUniversiteacute du Texas Austin (httpwwwcsutexaseduuserskuipers ) lrsquoeacutequipe de Giulio Sandini agrave lrsquouniversiteacute de Gegravenes (httpwwwliradistunigeit) le laboratoire AnimatLab de Jean-Arcady Meyer agrave lrsquoUniversiteacute Paris VI (httpanimatlablip6frindexfrhtml ) lrsquoeacutequipe de Luc Berthouze agrave lrsquouniversiteacute du Sussex (httpstaffaistgojplucberthouze ) lrsquoeacutequipe de Yiannis Demiris agrave lrsquoImperial College de Londres (httpwwwiiseeicacuk~ydemiris ) lrsquoeacutequipe de Benjamin Bergen agrave lrsquoUniversiteacute drsquoHawaiuml (httpwww2hawaiiedu~bergen )

VIII Strateacutegie drsquointeacutegration aux financements europeacuteens (FP7) et Franccedilais (ANR) Les travaux de recherche que nous proposons dans ce projet INRIA correspondent par ailleurs agrave des besoins forts et agrave des appels agrave financement de projets exprimeacutes agrave la fois au niveau Europeacuteen et au niveau national Notre objectif est ainsi de nous inteacutegrer dans ces meacutecanismes de financements afin de pouvoir renforcer les moyens et lrsquoeacutequipe du projet

Tout drsquoabord au niveau Europeacuteen notre projet est au centre des theacutematiques deacutefinies dans le Challenge 2 laquo Cognitive Systems Interaction Robotics raquo du 7th Framework Program Information and Communication Technologies (FP7-ICT) Ce Challenge 2 deacutefinit lrsquoun des 7 axes de recherche prioritaires pour lrsquoUnion Europeacuteenne dans les anneacutees agrave venir (httpcordiseuropaeufp7ictprogrammehome_enhtml) Les extraits du texte de preacutesentation de ce Challenge montrent clairement la symbiose avec notre proposition de projet INRIA

ldquoUnlike other Challenges under FP7-ICT it comprises a single Objective ldquoCognitive Systems Interaction Roboticsrdquo This follows inter alia from the understanding that

bull systems pertaining to any of these areas must be capable of responding intelligently and largely autonomously to gaps in their knowledge and to situations or contexts that have not been specified in their design (that is they must be robust and flexible)

bull artificial systems ought to be more effective in improving their performance and more natural in dealing with people - where dealing with people is a requirement and

bull progress in any of these areas towards systems with the above characteristics can only be achieved by developing and adopting new engineering principles and approaches based on largely common but as yet not fully explored scientific grounds1

hellip

A key question How should systems pertaining to these areas be designed and built so that they are more robust flexible effective natural and where necessary or desirable safer and more autonomous than what is possible today3 hellip (a1) Robotics

Projects will contribute primarily

bull to developing robotic systems that can sense and interact with the human world in useful ways

bull to designing robotic systems able to perform complex tasks with a high degree of autonomy4

Established engineering approaches to solving common problems in robotics (for example motion planning navigation obstacle avoidance) while undoubtedly yielding improvements may only converge to solutions that are for instance not as amenable to adaptation or generalisation as one might wish5 Future work in this area will more and more have to deal with open-ended environments that is environments which are largely unplanned loosely structured and which exhibit non-deterministic dynamics ldquo

It may therefore be necessary to take account of approaches that are currently at the leading-edge within robotics research communities (eg developmental evolutionary and cognitive robotics) or to develop entirely new approaches to the design implementation and operation of robotic systems

hellip

(a3) Interfaces and interpersonal communication

The main challenge here is to ground the design and the operation of systems that

bull require extensive human-machine interaction and communication andor

bull support interpersonal communication at a semantic and pragmatic level

in a deep understanding of human cognitive and physical capabilities (where necessary) and human communication needs and contextual constraints

Within reasonable bounds such systems should be capable of adapting themselves to changing user needs as they go along ldquo

Source ftpftpcordiseuropaeupubistdocscognitionfp7-challenge2-background_enpdf

On retrouve ainsi dans ce texte les objectifs et moyensmeacutethodes exposeacutees dans notre projet construire des machines qui soient capables de srsquoadapter de maniegravere naturelle flexible et robuste agrave des environnements physiques et sociaux qui ne sont pas connus agrave lrsquoavance par leur concepteur (objectif) et employer une approche nouvelle comme celle de la robotique cognitive et deacuteveloppementale (moyenmeacutethode) Par ailleurs au niveau national le programme laquo Systegravemes Interactifs et Robotiques raquo drsquoappels agrave financement eacutemis par lrsquoagence nationale pour la recherche (ANR) a eacuteteacute lanceacute et traite des mecircmes probleacutematiques (voir httpwwwagence-nationale recherchefrAAPProjetsOuvertsNodId=17amplngAAPId=102) En outre dans ce paysage Europeacuteens et national qui est propice agrave lrsquoobtention de financements sur les theacutematiques de notre projet nous pensons qursquoen plus de la qualiteacute de nos probleacutematiques et de notre approche notre expeacuterience avec les projets Europeacuteens et ANR sera un atout fort En effet plusieurs membres de lrsquoeacutequipe ont participeacute agrave des projets Europeacuteens en tant que chercheurs (Kaplan et Oudeyer sont des membres du projet Embodied Communicating Agents FET-IST 1940) mais aussi en tant que consultants pour la commission europeacuteenne (Kaplan a contribueacute a lrsquoeacutecriture du document laquo Beyond the Horizon Theme 5 - embodied intelligence raquo et participeacute agrave des reacuteunions de preacuteparation pour la deacutefinition des theacutematiques prioritaires de FP7) et en tant que reviewerseacutevaluateurs de projets Europeacuteens (Oudeyer est reviewereacutevaluateur du projet Europeacuteen HUMAINE FP6-IST 2002-2316) Enfin Oudeyer et Kaplan sont ont tous deux eacuteteacute reviewers et eacutevaluateurs de projets pour lrsquoANR dans le domaine de la robotique cognitive

IX Conclusion FLOWERS est un projet ambitieux au carrefour de lrsquoinformatique de la robotique de la psychologie et des neurosciences cognitives En essayant de construire des systegravemes cognitifs et deacuteveloppementaux inspireacutes du vivant il explore de nouvelles voies de recherche tant sur le plan de lrsquoingeacutenierie que sur celui de la modeacutelisation du vivant Bien que ce soit un projet de recherche en sciences fondamentales un certain nombre drsquoapplications directes sont en vue en robotique de compagnie dans les jeux videacuteos et dans le domaine des objets intelligents communicants En outre ce projet apparaicirct comme pouvant srsquoinseacuterer naturellement dans lrsquoeacutecosystegraveme des projets INRIA existants agrave la fois par ses points de compleacutementariteacutes et par ses diffeacuterences Il srsquointegravegre enfin totalement aux grands deacutefis strateacutegiques deacutefinis par le PCRD 7 de la commission europeacuteenne et par lrsquoANR

La force de ce projet reacuteside en particulier dans la composition interdisciplinaire et compleacutementaire de son eacutequipe qui a une grande expeacuterience agrave la fois de la modeacutelisation informatique de la robotique deacuteveloppementale et des systegravemes cognitifs humains et qui est bien inteacutegreacutee aux communauteacutes scientifiques internationales correspondantes Notre objectif est ainsi drsquoavoir un impact scientifique mondial Cependant pour y arriver il faudra franchir plusieurs obstacles et eacuteviter certains piegraveges qui sont inheacuterents au caractegravere large et ambitieux drsquoun tel projet Tout drsquoabord plusieurs parties de notre programme de recherche opeacuterationnel sont interdeacutependantes Par exemple la reacuteussite de nos travaux sur lrsquoacquisition du langage deacutependra de notre reacuteussite agrave deacutevelopper auparavant des outils pour lrsquointeraction naturelle homme-robot (voir E22) Il faudra donc porter un maximum drsquoattention degraves le deacutepart agrave la construction de ces outils et ccedilrsquoest aussi la raison pour laquelle nous avons preacutevu plusieurs voies drsquoexploration parallegraveles pour tenter de nous preacutemunir contre lrsquoeacutechec drsquoune de nos tentatives Ensuite eacutetant donneacutee la largeur du thegraveme que lrsquoon aborde il faudra veiller agrave ne pas se disperser et agrave se focaliser sur des eacutetudes et des deacutemonstrateurs tregraves preacutecis deacutefinis dans notre programme opeacuterationnel Ils ont eacuteteacute choisis afin de nous permettre de maximiser la profondeur et lrsquoimpact de nos recherches Cependant comme il nrsquoest pas toujours facile de preacutevoir le temps neacutecessaire agrave la reacuteussite drsquoune de ces eacutetudes ou deacutemonstrateurs nous pourrons au cours du projet refocaliser celui-ci Enfin il sera neacutecessaire de tisser des liens forts (et de capitaliser sur ceux qui existent deacutejagrave) avec drsquoautres eacutequipes nationales ou internationales inteacuteresseacutees par les mecircmes sujets afin drsquoallier nos forces et deacutemultiplier nos moyens

X Reacutefeacuterences geacuteneacuterales Asada M Noda S Tawaratsumida S and Hosoda K (1996) Purposive behavior acquisition on a real robot by vision-based reinforcement learning Machine Learning vol 23 pp 279ndash303 C Breazeal (2002) Designing Sociable Robots The MIT Press Croft W amp DA Cruse (2004) Cognitive Linguistics Cambridge Cambridge University Press Csikszenthmihalyi M (1991) Flow-the psychology of optimal experience Harper Perennial Dayan P and Belleine W (2002) Reward motivation and reinforcement learning Neuron 36285ndash298 Deci E et Ryan R (1985) Intrinsic Motivation and Self-Determination in Human Behavior Plenum Press

Dominey P F (2005) Emergence of grammatical constructions evidence from simulation and grounded agent experiments Connection Science 17(3ndash4)289ndash306 Favier PA (2004) La notion dintentionnaliteacute dans la speacutecification de comportements dagents autonomes situeacutes en environnement virtuel thegravese de doctorat de lUniversiteacute de Bretagne Occidentale 14122004 Filliat D (2007) A visual bag of words method for interactive qualitative localization and mapping Proceedings of the International Conference on Robotics and Automation (ICRA07) Gates B (2007) A Robot in Every Home Scientific American January 2007 httpwwwsciamcomarticlecfmarticleID=9312A198-E7F2-99DF-31DA639D6C4BA567 Gomond N and Salotti J-M (2006) Extended model of conditioned learning within latent inhibition in proceedings of ESANN 2006 88-94 Kaplan F (2007) La robotisation des objets in Regottaz J (ed) Interfaces numeacuteriques Hermegraves Kaplan F Bachour K Do Lenh S Kao G Dillenbourg P (2007) Sitting around simple objects Proceedings of the Classroom of the Future workshop Villars Switzerland Kaplan F Oudeyer P-Y Bergen B (2007) Computational Models in the Debate over Language Learnability Infant and Child Development Kaplan F Oudeyer P-Y (2003) Motivational principles for visual know-how development In Prince CG and Berthouze L and Kozima H and Bullock D and Stojanov G and Balkenius C editor Proceedings of the 3rd international workshop on Epigenetic Robotics Modeling cognitive development in robotic systems no 101 pages 73-80 2003 Lund University Cognitive Studies Kaplan F and Oudeyer P-Y (2007) The progress-drive hypothesis an interpretation of early imitation In Dautenhahn K and Nehaniv C editor Models and mechanisms of imitation and social learning Behavioural social and communication dimensions pp 361--377 Cambridge University Press Kaplan F et Oudeyer P-Y (2006) Trends in Epigenetic Robotics Atlas 2006 in Kaplan F and Oudeyer P-Y and Revel A and Gaussier P and Nadel J and Berthouze L and Kozima H and Prince C and Balkenius C Proceedings of the Sixth International Workshop on Epigenetic Robotics Modeling Cognitive Development in Robotic Systems LUCS 128

Kaplan F and Hafner VV (2006a) The challenges of joint attention Interaction Studies 7 (2) 129-134 Kaplan F and Hafner V V (2006b) Information-theoretic framework for unsupervised activity classification Advanced Robotics 20 (10) 1087-1103

Kaplan F and Hafner V V (2005) Mapping the space of skills An approach for comparing embodied sensorimotor organizations Proceedings of the 4th IEEE International Conference on Development and Learning (ICDL-05) pp129-134 Osaka Japan

J-C Horvitz (2000) Mesolimbocortical and nigrostriatal dopamine responses to salient non-reward events Neuroscience vol 96 no 4 pp 651ndash656 2000 IFR statistics (2006) World Robotics Statistics Market Analysis Forecasts Case Studies and Profitability of Robot Investment httpwwwworldroboticsonlineorgdownloads2006_Executive_Summary(1)pdf Lakoff G and Johnson M (1999) Philosophy in the Flesh The Embodied Mind and its Challenge for Western Thought New York Basic Books Le Blanc B Dion D Auber D Meacutelanccedilon G (2003) Graphe dassociations verbales eacutelaboration et visualisation In Cognitique vers une informatique plus cognitive et sociale Ceacutepaduegraves-Editions pages 223-232 Levinson SE Zhu W Li D Squire K Lin RS Kleffner M McClain M and Lee J (2003) Automatic Language Acquisition by Autonomous Robot in Proc Int Joint Conference on Neural Networks Lungarella M Metta G Pfeifer R and Sandini G (2003) Developmental robotics a survey Connection Science 15(4)151-190 Nehaniv C and Dautenhahn K (2007) Imitation and Social Learning in Robots Humans and Animals Cambridge University Press Oudeyer P-Y (2003) The production and recognition of emotions in speech features and algorithms International Journal in Human-Computer Studies 59(1-2) pp 157mdash183 Oudeyer P-Y Kaplan F (2006) Discovering Communication Connection Science 18(2) pp 189mdash206 Oudeyer P-Y (2006) Self-Organization in the Evolution of Speech Studies in the Evolution of Language Oxford University Press

Oudeyer P-Y Kaplan F and Hafner V (2007b) Intrinsic Motivation Systems for Autonomous Mental Development IEEE Transactions on Evolutionary Computation 11(2) DOI 101109TEVC2006890271 Panksepp J (1998) Affective neuroscience the foundations of human and animal emotions Oxford University Press Pfeifer R and Bongard J (2006) How the body shapes the way we think a new view of Intelligence MIT Press Pickering MJ and Garrod S (2004) Toward a mechanistic psychology of dialogue Behavioral and Brain Sciences 27 169-225 Quine W V (1960) Word and Object Cambridge MIT Press Salotti JM Falgairolle M Gorge A Corsini MM (2004) Computational Model of Amygdala Network Supported by Neurobiological Data proceedings of the European Symposium on Artificial Neural Networks (ESANN 2004) pp 367-372 Bruges Salotti JM (2007) Apprentissage de structures invariantes 2D agrave partir de quelques exemples Actes de lAtelier Extraction de Connaissances et Images (ECOI) de la confeacuterence EGC Namur Belgique W Schultz P Dayan and P Montague (1997) A neural substrate of prediction and reward Science vol 275 pp 1593ndash1599 1997 Steels L and Kaplan F (2002) Bootstrapping grounded word semantics In BriscoeT Linguistic evolution through language acquisition formal and computational models p 53-73 Cambdrige University Press Cambridge UK Sutton R and Barto A (1998) Reinforcement learning an introduction MIT Press Cambridge MA Sutton R Precup D and Singh S (1999) Between mdpss and semi-mdps A framework for temporal abstraction in reinforcement learning Artificial Intelligence 112181ndash211 Tomasello M (2003) Constructing a Language A Usage-Based Theory of Language Acquisition Harvard University Press Turing A (1950) Computing machinery and intelligence Mind 59433ndash460 Weng J McClelland J Pentland A Sporns O Stockman I Sur M and Thelen E (2001) Autonomous mental development by robots and animals Science vol 291 pp 599ndash600

XI Publications et brevets reacutecents (depuis 2000) des membres du projet Reacutesumeacute

bull Livres 8

bull Articles dans des revues internationales avec comiteacute de lecture 44 bull Articles dans des revues nationales avec comiteacute de lecture 9

bull Chapitres de livres 12

bull Articles dans des actes de confeacuterences internationales avec comiteacute de lecture

et communication orale 61

bull Articles dans des actes de confeacuterences nationales avec comiteacute de lecture et communication orale 18

bull Articles dans les actes drsquoateliers internationaux avec comiteacute de lecture et

communication orale 4

bull Articles de vulgarisation dans des revues francophones pour le grand public sans comiteacute de lecture 7

bull Confeacuterences orales inviteacutees 74

bull Brevets 11 (deacuteclineacutes en plusieurs versions pour lrsquoEurope le Japon et les

Etats-Unis) Sont inclus dans la liste suivante des hyperliens vers les documents disponibles sur le web (titres souligneacutes en bleu) LIVRES Oudeyer P-Y (2006) Self-Organization in the Evolution of Speech Oxford University Press (english translation by James Hurford) (en tant que co-eacutediteurs) Kaplan F Oudeyer P-Y Revel A Gaussier P Nadel J Berthouze L Kozima H Prince GC Balkenius C (2006) Proceedings of the Sixth International Conference on Epigenetic Robotics Lund University Cognitive Studies Claverie B (2005) La cognitique traiteacute agrave lrsquousage des ingeacutenieurs et des gestionnaires de lrsquoindustrie In CognitiqueCognitics LrsquoHarmattan

Kaplan F (2005) Les machines apprivoiseacutees comprendre les robots de loisir Vuibert (en tant qursquoeacutediteur) Claverie B (2003) Gestion des connaissances dans les environnements organiseacutes en projet CognitiqueCognitics ndeg6 LrsquoHarmattan (en tant qursquoeacutediteur) Claverie B (2003) Actions de recherche TOPICKS Gestion des compeacutetences lieacutees agrave la transformation des organisations CognitiqueCognitics ndeg7 LrsquoHarmattan (en tant qursquoeacutediteur) Claverie B (2002) Management et Cognition CognitiqueCognitics ndeg5 LrsquoHarmattan Kaplan F (2001) La naissance drsquoune langue chez les robots Hermegraves Science Publications

ARTICLES DANS DES REVUES INTERNATIONALES AVEC COMITE DE LECTURE Kaplan F Oudeyer P-Y Bergen B (in press) Computational Models in the Debate over Language Learnability Infant and Child Development Tyndiuk F Lespinet-Najib V Thomas G NKaoua B Schclik C et Claverie B (in press) Etude des caracteacuteristiques de lutilisateur de la tacircche et de linterface en Reacutealiteacute Virtuelle Revue Europeacuteenne de Psychologie Appliqueacutee B Le Blanc J-L Ermine (in press 2007) A Shannonrsquos theory of knowledge Journal of Information and Knowledge Management Oudeyer P-Y Kaplan F and Hafner V (2007) Intrinsic Motivation Systems for Autonomous Mental Development IEEE Transactions on Evolutionary Computation 11(2) DOI 101109TEVC2006890271 Oudeyer P-Y and Kaplan F (2007) Language Evolution as a Darwinian Process Computational Studies Cognitive Processing DOI 101007s10339-006-0158-3 Favier P-A De Loor P (2006) From decision to action intentionality a guide for the specification of intelligent agentrsquos behaviour International Journal of Image and Graphics 6(1) pp 87-99 Kaplan F and Hafner VV (2006) The challenges of joint attention Interaction Studies 7 (2) 129-134 Kaplan F and Hafner V V (2006) Information-theoretic framework for unsupervised activity classification Advanced Robotics 20 (10) 1087-1103 Koning J-L Oudeyer P-Y (2006) Modeling interaction strategies using POS An application to soccer robots Applied Intelligence 25(1) pp 7--21 Oudeyer P-Y Kaplan F (2006) Discovering Communication Connection Science 18(2) pp 189mdash206 Girard B Filliat D Meyer J-A Berthoz A amp Guillot A (2005) Integration of navigation and action selection functionalities in a computational model of cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loops Adaptive Behavior 13 (2) pp 115--130 Kaplan F (2005) Simple models of distributed co-ordination Connection Science 17 (3-4) 249-270

Langevin S Sauzeacuteon H NrsquoKaoua B amp Claverie B (2005) Material and sensory modalities effects on false recognition in aging International Journal of Psychology Langevin S Sauzeacuteon H NrsquoKaoua B amp Claverie B (2005) Material False recognition and aging Comparison between word and text International Journal of Psychology Langevin S Sauzeacuteon H Claverie B amp NrsquoKaoua B (2005) False recognitions from reality or external source monitoring failures analysis of effects of aging and dual coding Journal of Memory amp Language Oudeyer P-Y (2005) The self-organization of combinatoriality and phonotactics in vocalization systems Connection Science 17(3-4) pp 325--341 Oudeyer P-Y (2005) How phonological structures can be culturally selected for learnability Adaptive Behavior 13(4) pp 269--280 Oudeyer P-Y (2005) The Self-Organization of Speech Sounds Journal of Theoretical Biology Volume 233 Issue 3 pp435mdash449 Oudeyer P-Y (2005) Aux sources du langage lauto-organisation de la parole Cahiers Romans de Sciences Cognitives Cuadernos Romances de Ciencias Cognitivas Cadernos Romacircnicos em Ciecircncias Cognitivas Quaderni Romanzi di Scienze Cognitive In Cognito 2 (2) pp 1mdash24 Raboutet C Lespinet-Najib V Sauzeacuteon H Corsini MM Claverie B amp NrsquoKaoua B (2005) Performances of the verbal fluency task across time Dissociation between clustering switching and categorical exploration processes Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology Kaplan F (2004) Who is afraid of the humanoid Investigating cultural differences in the acceptance of robots International journal of humanoid robotics 1(3) pp 465--480 Lespinet-Najib V NrsquoKaoua B Sauzeacuteon H Bresson C Rougier A amp Claverie B (2004) Levels of processing with free and cued recall and unilateral temporal lobe epilepsy Brain and Language 89 83-90 NrsquoKaoua B Sauzeacuteon H Corsini MM amp Claverie B (2004) Errors in memory arise from associative memory processes a CHARM model replication of false recognitions Quarterly Cognitive Science 3 401-428 NrsquoKaoua B Sauzeacuteon H Corsini MM amp Claverie B (2004) Age-related differences according to the LOP framework and the Salthousersquos compensation model An application of formal CHARM associative memory model Experimental Aging Research Peter N Barton AC Robinson D et Salotti JM (2004) Charting Response Options for Threatening Near-Earth Objects Acta Astronautica Special issue New Opportunities for Space Selected papers from the proceedings of the 54th International Astronautical Federation Congress vol 553-9 pp 325-334 Raboutet C Sauzeon H Lespinet V Corsini MM Claverie B amp NrsquoKaoua B (2004) Dual-task effect on word retrieval on semantic fluency task Dissociation of subcomponents controlled vs automatic of switching and clustering processes Memory and Cognition Sauzeon H Lestage P Raboutet C NrsquoKaoua B amp Claverie B (2004) Verbal fluency output in children aged to 16 as a function of the production criterion Qualitative analysis of clustering switching processes and semantic network exploration Brain and Language 89 192-202

Filliat amp Meyer (2003) Map-based navigation in mobile robots - I A review of localisation strategies Journal of Cognitive Systems Research 4 (4) pp 243--282 Koning J-L Oudeyer P-Y (2003) Formalization implementation and validation of conversation policies using a protocol operational semantics Cognitive Systems Research Volume 4 Issue 3 pp 223-242 Langevin S Sauzeacuteon H ClaverieB amp NrsquoKaoua B (2003) Boundaries of false recognitions from word to text memory tasks analyses of blocking type of lure effects and the age related differences B Kokinov ampW Hirst (Eds) Constructive Memory NBU Series in Cognitive Sciences 197-209 Meyer amp Filliat (2003) Map-based navigation in Mobile robots - II A review of map-learning and path-planing strategies Journal of Cognitive Systems Research 4 (4) pp 283--317 NrsquoKaoua B Corsini MM Sauzeacuteon H amp Claverie B (2003) Does CHARM account for the new findings from the Level-of-Processing framework Integration elaboration and encoding specificity Quarterly Cognitive Science 3 91-113 2003 Raboutet C Lespinet V Sauzeon H Claverie B amp NrsquoKaoua B (2003) Performance on the verbal fluency task across time Dissociation between clustering switching and categorical exploration processes Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology Sauzeacuteon H NrsquoKaoua B amp Claverie B (2003) Age differences in relational and item-specific across a multi free recall task the effect of relatedness and frequency of word Memory Kaplan F Oudeyer P-Y Kubinyi E and Miklosi A (2002) Robotic clicker training Robotics and Autonomous Systems 38(3-4)197-206 2002 Lespinet-Najib V Bresson C NrsquoKaoua B Rougier A amp Claverie B (2002) Effect of early versus late onset of temporal lobe epilepsy on the severity and the nature of memory deficits Neuropsychologia 40 1591-1600 NrsquoKaoua B Veron AL Lespinet V amp Claverie B (2002) Time course of cognitive recovery after a propofol anaesthesia a level of processing approach Journal of Experimental and Clinical Neuropsychology 24713-719 Oudeyer P-Y (2002) The production and recognition of emotions in speech features and algorithms International Journal in Human-Computer Studies vol 591-2 pp 157-183 special issue on Affective Computing Salotti JM (2002) Optimal Polygonal Approximation of Digitized Curves Using the Sum of Square Deviations Criterion Pattern Recognition vol 35 no2 pp 435-443 Sauzeacuteon H NrsquoKaoua B amp Claverie B (2002) Self-generated category cue effect on organizational processing in three different age groups Current Psychology Letters Behavior Brain and Cognition 5(2) 65-78 Kaplan F Oudeyer P-Y Kubinyi E Miklosi A (2001) Clicker training sessions with an animal-like robot Advances in Ethology (Supplements to Ethology) 36 Koning J-L Oudeyer P-Y (2001) Introduction to POS A Protocol Operational Semantics International Journal of Cooperative Information System - Special Issue on Information Agents Theory and Applications 2

Salotti M (2001) An efficient algorithm for the optimal polygonal approximation of digitized curves Pattern Recognition Letters vol 22 ndeg2 p 215-221

Steels L and Kaplan F (2000) AIBOs first words the social learning of language and meaning Evolution of Communication 4 (1) 3--32

ARTICLES DANS DES REVUES NATIONALES AVEC COMITE DE LECTURE Kaplan F and Oudeyer P-Y (in press) Un robot motiveacute pour apprendre Enfance Lespinet-Najib V Rougier A Claverie B amp NrsquoKaoua B (2004) Deacuteficits mneacutesiques et eacutepilepsie temporale unialteacuterale effet du mode de traitement solliciteacute et de la nature de lrsquoinformation traiteacutee Revue de Neuropsychologie 14 3 259-283 Bresson C Lespinet-Najib V Sauzeacuteon H Claverie B Rougier A amp NrsquoKaoua B (2003) Deacuteficits de Meacutemoire Verbale amp Aides Compensatoires dans lrsquoEpilepsie Temporale Unilateacuterale Epilepsies 15 1-7 Le Blanc B (2003) De lutilisabiliteacute des bases de connaissances Gestion des connaissances dans les environnements organiseacutes en projet Cognitiques (6) 127-137 Le Blanc B Obernesser C amp Claverie B (2003) Validation et eacutevaluation cognitives de techniques de navigation et de visualisation de donneacutees Revue des sciences et technologies de linformation RSTI seacuterie RIA-ECA 17(1-2-3) 93-104 Raboutet C Corsini MM Claverie B amp NrsquoKaoua B (2003) Modeacutelisation et Simulation drsquoune tacircche de fluence verbale seacutemantique Cahiers Romans de Sciences Cognitives In Cognito 1(2) 73-88 Bresson C Lespinet V Sauzeon H NrsquoKaoua B Rougier A amp Claverie B (2002) Epilepsie temporale unilateacuterale approche compensatoire des deacuteficits mneacutesiques Revue neurologique 13 (158) 2S125 Mazaux J-M (2002) Cranial trauma in adults in physical medicine and rehabilitation from coma to wakefulness (Short and long texts of jury recommendations) Annales de Reacuteadaptation et de Meacutedecine Physique 45(8) 417-438

Raboutet C Corsini MM Claverie B amp NrsquoKaoua B (2002) Modeacutelisation et simulation des theacuteories de la meacutemoire seacutemantique et du lexique mental agrave travers une tacircche de fluence verbale vers une application neuropsychologique Entretiens de Bichat Entretiens dOrthophonie 133-142

CHAPITRES DE LIVRES Kaplan F and Oudeyer P-Y (2007) The progress-drive hypothesis an interpretation of early imitation To appear in Dautenhahn K and Nehaniv C editor Models and mechanisms of imitation and social learning Behavioural social and communication dimensions pp 361-377 Cambridge University Press Oudeyer P-Y (2006) From vocal replication to shared combinatorial speech codes a small step for evolution a big step for language In Lyon C Nehaniv L and A Cangelosi editor Emergence of Communication and Language pp 207mdash222 Lecture Notes in Computer Science Springer-Verlag Berlin

Oudeyer P-Y (2006) Des robots aux sources du langage Sur les chemins de la deacutecouverte coord par Farouki N Presses Universitaires de France Hafner V V Kaplan F (2005) Learning to interpret pointing gestures experiments with four-legged autonomous robots In Biomimetic Neural Learning for Intelligent Robots Intelligent Systems Cognitive Robotics and Neuroscience Series Lecture Notes in Computer Science Subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence Vol 3575 Wermter S Palm G Elshaw M (Eds) ISBN 3-540-27440-5 Springer Verlag Oudeyer P-Y (2005) From Holistic to Discrete Speech Sounds The Blind Snow-Flake Maker Hypothesis in Tallerman M editor Language Origins Perspectives on Evolution Oxford University Press pp 68-99 Salotti JM (2005) Flexible decision process for astronauts in Marsbase simulator Lecture Notes in Computer Science vol 3697 part II pp 997-1002 Springer Kaplan F and Oudeyer P-Y (2004) Maximizing learning progress an internal reward system for development In Iida F and Pfeifer R and Steels L and Kuniyoshi Y editor Embodied Artificial Intelligence pp 259--270 LNAI 3139 Springer-Verlag Kaplan F (2002) Construction sociale du sens in Guillot A and Dauceacute E Approche dynamique de la cognition artificielle p201-217 Hermegraves Science Publications Paris Steels L and Kaplan F (2002) Bootstrapping grounded word semantics In BriscoeT Linguistic evolution through language acquisition formal and computational models p 53-73 Cambdrige University Press Cambridge UK Steels L and Kaplan F and McIntyre A and Van Looveren J (2002) Crucial factors in the origins of word-meaning In Wray A editor The Transition to Language p 252-271 Oxford University Press Oxford UK Oudeyer P-Y (2001) Origins and Learnability of Syllable Systems a Cultural Evolutionary Model in Artificial Evolution pp 143-155 eds P Collet C Fonlupt JK Hao E Lutton M Schonenauer LNCS 2310 Springer Verlag Oudeyer P-Y Koning J-L (2000) Modeling soccer-robots strategies through conversation policies Agent systems Mobile Agents and Applications LNCS 1882 Springer pp 249-261

ARTICLES DANS DES ACTES DE CONFERENCES INTERNATIONALES AVEC COMITE DE LECTURE ET COMMUNICATION ORALE Filliat D (2007) A visual bag of words method for interactive qualitative localization and mapping Proceedings of the International Conference on Robotics and Automation (ICRA07) Angeli A Filliat D Doncieux S amp Meyer J-A (2006) 2D Simultaneous Localization And Mapping for Micro Aerial Vehicles European Micro Aerial Vehicles (EMAV 2006)

Gomond N et Salotti JM (2006) Extended Model of Conditioned Learning Within Latent Inhibition in Verleysen M editor 14th European Symposium on Artificial Neural Networks (ESANN 2006) pages 89ndash95

Kaplan F and Oudeyer P-Y (2006) Trends in Epigenetic Robotics Atlas 2006 in Kaplan F and Oudeyer P-Y and Revel A and Gaussier P and Nadel J and Berthouze L and Kozima H and Prince C and Balkenius C Proceedings of the Sixth International Conference on Epigenetic Robotics Modeling Cognitive Development in Robotic Systems LUCS 128 (7 pages) Lagouarde P Le Blanc B (2006) Vallespir Interoperability in Healthcare Standards for the French project of a national personal medical record Interoperability for Enterprise Software and Applications Conference Bordeaux France Le Blanc B Ermine J-L (2006) A Shannons Theory Of Knowledge The Third International Conference on Knowledge Management ICKM2006 London UK Oudeyer P-Y (2006) Bootsrapping shared combinatorial speech codes from basic imitation the role of self-organization 6th International Conference on the Evolution of Language Roma Italy (2 pages)

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Jean-Marc Salotti (sept 2004) Jean Marc Salotti Bernard Claverie et Marc-Michel Corsini Some Fundamentals Principles of Neural Networks in Cognitive Science Invited talk XV Italian Workshop on Neural Networks University of Perugia September 15-17 2004

David Filliat (2007) ldquoSac de motsrdquo pour la robotique mobile Centre drsquoExpertise Parisien DGA (Arcueil fr)

Benoit Le Blanc (Fev 2007) Seacuteminaire laquo Capitalisation et valorisation des savoirs experts raquo organiseacute par Bordeaux Ecole de Management (Mai 2006) Confeacuterence laquo Probleacutematique et enjeux de la gestion des connaissances raquo organiseacutee par lrsquoAssembleacutee Permanente des Chambres drsquoAgriculture Guyancourt (Mai 2006) Seacuteminaire laquo Gestion des connaissances raquo organiseacute par le Laboratoire de Rheacuteologie du Bois de Bordeaux INRA (Mai 2006) Confeacuterence laquo Strateacutegies cognitives et intelligence artificielle raquo organiseacutee par la Chambre de Commerce et dIndustrie dans le cadre du Grand Prix dEchecs de Bordeaux (Sept 2004) Confeacuterence laquo Lintelligence artificielle aujourdhui raquo organiseacutee par le CNRS Aquitaine et la Meacutediathegraveque du Barp (33) dans le cadre du 9egraveme Festival Lire et Deacutelire (Nov 2004) Confeacuterence laquo La professionnalisation des sciences cognitives et les meacutetiers de la cognitique raquo organiseacutee par lARCo dans le cadre dune journeacutee scientifique sur les laquo questions et meacutethodes pour une ergonomie des technologies cognitives raquo Paris (Fev 2004) Confeacuterence laquo Visualisation drsquoinformations et visualisation de connaissances - des mots aux ideacutees raquo organiseacutee par lrsquoInstitut de Linguistique de lrsquoUniversiteacute de Mons-Heacutenaut (B) Mons (Janv 2004) Seacuteminaire laquo Visualiser des connaissances raquo organiseacutee dans le cadre des travaux du reacuteseau de recherche NavGraphe CLIPS-IMAG Grenoble

Freacutedeacuteric Kaplan 2006 Journeacutee Nathan sur lrsquoeacuteducation ndash Maison de lrsquoUnesco (Paris Fr) Museacuteum National drsquoHistoire Naturelle (Paris Fr) International Conference on Development and Learning (Genoa It) Sony CSL Paris Symposium (Paris Fr) University of Zurich AI Lab (Zurich CH) Ecole Cantonale drsquoArt de Lausanne (Lausanne CH) Forum des Sciences Cognitives ndash Citeacute Universitaire (Paris Fr) 2005 University of Tokyo (Tokyo Japan) Universiteacute Libre de Bruxelles (Bruxelles Be) European symposium on systemics (Paris Fr) Collegium Budapest (Budapest Hu) Workshop on Semiotic Dynamics (Bagno Vignoni It) Viktoria Institute (Gotenborg Sweden) Conservatoire des Arts et Metiers (Paris Fr) Mundaneum (Mons Be) Citeacute de lrsquoEspace (Toulouse Fr) 2004 Brain and Mind Institute EPFL (Lausanne Ch) Hopital Necker (Paris Fr) Institut des Sciences Cognitives (Lyon Fr) Hopital de la Salpeacutetriegravere (Paris Fr) 2003 MIT media lab (Boston USA) MIT CBCL (Boston USA) University of Sussex (Brighton UK) Embodied AI workshop (Dagstuhl Ge) IDSIA (Lugano Ch)

2002 Hopital de la Salpecirctriegravere (Paris Fr) Acadeacutemie des Technologies (Paris Fr) Ecole Supeacuterieure drsquoArt (Aix-en-Provence Fr) ENSEA (Cergy-Pontoise Fr) Ecole Polytechnique (Palaiseaux Fr) Kunsthochschule fuumlr Medien (Cologne Ge) 2001 University of Budapest (Budapest Hu) Museacutee des Beaux-Arts (Lyon Fr) Saline Royale drsquoArc et Senans (Arc et Senans Fr) 2000 Millenario Symposium (Madrid Es) ENST (Paris Fr) Simulation of adaptive behavior demonstration session (Paris Fr) 1999 ETL (Tsukuba Jp) University of Tokyo (Tokyo Jp) Universiteacute de Caen (Caen Fr)

BREVETS (11 avec des versions diffeacuterentes selon qursquoils ont eacuteteacute enregistreacutes en Europe au Japon ou aux Etats-Unis) Consultables sur httpv3espacenetcomresultsDB=EPODOCampsf=qampIA=oudeyerampCY=epampPGS=10ampST=quickampLG=en Titre Architecture for self-developing devices Zones Europe Etats- Unis Japon Patent numberUS2005021483 Publication date2005-01-27 InventorKAPLAN FREDERIC OUDEYER PIERRE-YVES Applicant Sony France SA Application numberUS20040861146 20040604 Priority number(s)EP20030291359 20030606 Also published as EP1484716 (A1) JP2005050310 (A) Titre Method and apparatus for speech synthesis program recording medium method and apparatus for generating constraint information and robot apparatus Zones Europe Etats-Unis Japon Patent numberUS2004019484 Publication date2004-01-29 InventorKOBAYASHI ERIKA [JP] KUMAKURA TOSHIYUKI [JP] AKABANE MAKOTO [JP] KOBAYASHI KENICHIRO [JP] YAMAZAKI NOBUHIDE [JP] NITTA TOMOAKI [JP] OUDEYER PIERRE YVES [FR] Applicant Sony France SA Application numberUS20030387659 20030313 Priority number(s)EP20020290658 20020315 Also published as EP1345207 (A1) JP2003271174 (A) Titre Method and apparatus for controlling the operation of an emotion synthesising device Zones Etats-Unis Patent numberUS2003040911 Publication date2003-02-27 InventorOUDEYER PIERRE YVES [FR] Applicant Sony France SA Application numberUS20020217002 20020812 Priority number(s)EP20010402176 20010814 Titre Method and apparatus for synthesizing emotion conveyed on sound Zones Japon Etats-Unis Patent numberJP2003084800 Publication date2003-03-19 InventorOUDEYER PIERRE YVES Applicant Sony France SA Application numberJP20020206012 20020715 Priority number(s)EP20010401880 20010713 Also published as US2003093280 (A1) Titre Emotion recognition method and device

Zones Japon Etats-Unis Patent numberJP2003099084 Publication date2003-04-04 InventorOUDEYER PIERRE YVES Applicant Sony France SA Application numberJP20020206011 20020715 Priority number(s)EP20010401879 20010713 Also published as US2003055654 (A1)

Titre Method and apparatus for synthesizing voice and robot apparatus Zones Europa Japon Etats-Unis Patent numberJP2003036090 Publication date2003-02-07 InventorOUDEYER PIERRE YVES SABE KOTARO Applicant Sony Corp Application numberJP20020135962 20020510 Priority number(s)EP20010401203 20010511 Also published as EP1256931 (A1) US2002198717 (A1) Titre Training of autonomous robots Zones Europe Etats-Unis Japon Patent numberUS2002183895 Publication date2002-12-05 InventorKAPLAN FREDERIC (FR) OUDEYER PIERRE-YVES (FR) Applicant Sony France SA Application numberUS20020134909 20020429 Priority number(s)EP20010401127 20010430 Also published as EP1254688 (A1) US6760645 (B2) JP2003039363 (A) Titre Sound processing method and device for modifying a sound characteristic such as an impression of age associated to a voice Zone Europe Patent numberEP1286332 Publication date2003-02-26 InventorOUDEYER PIERRE-YVES [FR] Applicant Sony France SA Application numberEP20010402177 20010814 Priority number(s)EP20010402177 20010814 Titre Method and apparatus for controlling the operation of an emotion synthesising device Zone Europe Patent numberEP1256933 Publication date2002-11-13 InventorOUDEYER PIERRE-YVES (FR) Applicant Sony France SA Application numberEP20010402176 20010814 Priority number(s)EP20010401203 20010511 EP20010401880 20010713 EP20010402176 20010814 Also published as EP1256933 (A3) Titre Method and apparatus for synthesising an emotion conveyed on a sound Zone Europe Patent numberEP1256932 Publication date2002-11-13 InventorOUDEYER PIERRE-YVES (FR) Applicant Sony France SA Application numberEP20010401880 20010713 Priority number(s)EP20010401203 20010511 EP20010401880 20010713 Also published as EP1256932 (A3) Titre Emotion recognition method and device Zone Europe Patent numberEP1256937 Publication date2002-11-13 InventorOUDEYER PIERRE-YVES (FR) ApplicantSONY FRANCE S A (FR) Application numberEP20010401879 20010713 Priority number(s)EP20010401203 20010511 EP20010401879 20010713 Also published as EP1256937 (A3) Titre An autonomous system with heterogeneous bodies Zone Europe Patent numberEP1215551 Publication date2002-06-19 InventorKAPLAN FREDERIC [FR] OUDEYER PIERRE-YVES [FR] Applicant Sony France SA Application numberEP20000403492 20001212 Priority number(s)EP20000403492 20001212 Titre Speech synthesis method and apparatus and robot apparatus Zone Japon Patent numberJP2002175091 Publication date2002-06-21 InventorSABE KOTARO OUDEYER PIERRE YVES ApplicantSONY CORP Application numberJP20000372091 20001206 Priority number(s)JP20000372091 20001206

Titre Adaptative artificial vision method and system Zones US Europe Japon Patent number JP2004133940 Publication date2004-04-30 InventorKAPLAN FREDERIC Applicant Sony France SA Application numberUS20040861146 20040604 Priority number(s) EP20020292478 20021008 Also published as EP1418530 (A1) US204071347 (A1) Titre Robotic teleportation method and system Zones US Europe Japon Patent number US6675156Publication date2004-01-06 Inventor MCINTYRE ANGUS (FR) KAPLAN FREDERIC (FR) STEELS LUC (FR) Applicant Sony France SA Application number US20000696381 20001025 Priority number(s) EP19990402667 19991026 Also published as EP1103351 (A1) JP2001191277 (A1) Protection de logiciel Titre Deacutefinition du logiciel Marsbase Auteur Jean Marc Salotti Type de protection Enveloppe Soleau pour la protection des droits dexploitation Numeacutero de deacutepocirct agrave lINPI 215267 Date 10012005

I Contexte scientifique

II Programme theacutematique

III Domaines drsquoapplication

IV Enjeux peacutedagogiques et socieacutetaux

V Preacutesentation de lrsquoeacutequipe de recherche

VI Programme opeacuterationnel calendrier et deacutemonstrateurs sur cinq ans

VII Positionnement du projet agrave au sein de lrsquoINRIA au niveau national et international

VIII Strateacutegie drsquointeacutegration aux financements europeacuteens (FP7) et Franccedilais (ANR)

IX Conclusion

X Reacutefeacuterences geacuteneacuterales

XI Publications et brevets reacutecents (depuis 2000) des membres du projet

Mots cleacutes systegravemes deacuteveloppementauxeacutepigeacuteneacutetiques2 robotique cognitive et deacuteveloppementale modeacutelisation du vivant apprentissage actif interactions homme-machine systegravemes motivationnels motivations intrinsegraveques exploration abstractions espace sensorimoteur acquisition du langage Keywords developmentalepigenetic systems cognitive and developmental robotics modeling of living systems active learning human-machine interactions motivational systems intrinsic motivations exploration abstraction sensorimotor space language acquisition

I Contexte scientifique 2 II Programme theacutematique 3 III Domaines drsquoapplication 6 IV Enjeux peacutedagogiques et socieacutetaux 8 V Preacutesentation de lrsquoeacutequipe de recherche 9 VI Programme opeacuterationnel calendrier et deacutemonstrateurs sur cinq ans 14 VII Positionnement du projet agrave au sein de lrsquoINRIA au niveau national et international 26 VIII Strateacutegie drsquointeacutegration aux financements europeacuteens (FP7) et Franccedilais (ANR) 30 IX Conclusion 32 X Reacutefeacuterences geacuteneacuterales 33 XI Publications et brevets reacutecents (depuis 2000) des membres du projet 37

I Contexte scientifique Des progregraves immenses ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans les derniegraveres deacutecennies en apprentissage automatique en reconnaissance de formes et en intelligence artificielle Une floraison de paradigmes drsquoapprentissages ndash superviseacute non superviseacute par renforcement actif passif associatif symbolique connexionniste hybride situeacute distribueacute hellip - ont permis la mise au point drsquoalgorithmes extrecircmement sophistiqueacutes Cependant nous sommes encore tregraves loin de pouvoir construire des machines capables de srsquoadapter agrave leur environnement physique et social de maniegravere aussi souple et robuste qursquoun enfant drsquoun an Il y a une diffeacuterence fondamentale entre lrsquoapprentissage artificiel classique et celui des enfants qui pourrait expliquer ces limites Typiquement les ingeacutenieurs imposent aux machines des tacircches preacutedeacutefinies et formateacutees qursquoelles doivent apprendre directement Au contraire aucune tacircche nrsquoest jamais imposeacutee agrave un beacutebeacute et crsquoest en explorant par lui-mecircme et tregraves progressivement son environnement qursquoil acquiert des savoir-faire qursquoil pourra ensuite reacuteutiliser Les adultes peuvent offrir des

2 Les termes laquo deacuteveloppemental raquo et laquo eacutepigeacuteneacutetique raquo sont synonymes dans ce contexte scientifique

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Documents

Proposition de projet INRIA Futurs resp...fois des théories de la psychologie du développement, des neurosciences et de la linguistique cognitive. En retour, ce projet pourra également