Le projet Cellulo

Les robots Cellulo permettent de visualiser de manière tangible ce qui est immatériel dans l’apprentissage, et de médier les activités d’apprentissage.

Le Pôle de recherche national (PRN) en Robotique est une organisation fondée par le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS). Il regroupe les chercheurs et les chercheuses de tout le pays dans le développement de nouvelles technologies robotiques centrées sur l’être humain et avec l’objectif d’améliorer la qualité de vie.

Dans le cadre des projets de recherche entrepris avec le soutien du PRN Robotique, les équipes du Computer-Human Interaction Lab for Learning & Instruction (CHILI) et du Laboratoire des systèmes intelligents (LSRO) ont développé le robot Cellulo,

Entre 2014 et 2018 (deuxième phase du PRN) le projet Cellulo s’est concentré sur le développement d’un robot modulaire, contrôlé manuellement et conçu pour s’intégrer de manière transversale dans tous les types d’enseignements et de matières.

Dans sa première itération, Cellulo permettait de riches interactions avec les apprenant-es, offrait un vaste éventail d’activités pédagogiques et une intégration harmonieuse dans les salles de classes et les universités.

Cette versatilité a ouvert la voie à l’exploration de trois domaines d’application :

Cellulo pour la rééducation « gamifiée »:

Ce projet vise à fournir un outil pour la rééducation qui soit ludique, pratique, facile à utiliser et intuitive en utilisant ces robots tangibles comme agents et objets de jeu.

Par exemple, le premier jeu développé par l’équipe de recherche se base sur le classique Pacman et permet de concevoir des exercices ciblant la motricité des bras. Ce jeu est conçu de manière itérative avec la participation de patient-es souffrant d’accidents vasculaires cérébraux, de plexus brachial et de paralysie cérébrale (18 au total) et de sept thérapeutes dans quatre centres de thérapie différents. Un certain nombre d’éléments de jeu sont conçus pour régler la vitesse, la précision, l’amplitude de mouvement et le niveau de défi.

Les interactions humains-robotique en essaim pour l’éducation:

En 2021, grâce au financement fourni par le dispositif « Grassroot Project » mis en place par le PRN Robotique, les équipes de recherches du Computer-Human Interaction Lab for Learning & Instruction et du Reconfigurable Robotics Lab ont collaboré pour développer davantage le concept Cellulo.

Tirant parti de l’expertise de ces deux laboratoires et en exploitant les résultats collectés autour de Cellulo, l’équipe a mis au point le Modulo Cellulo, une version revue et améliorée de son prédécesseur visant à augmenter sa capacité d’intégration.

Ce nouveau design propose une configuration répartie en trois modules : le module principal contenant les moyens de locomotion et de contrôle entre les modules, un module contenant la batterie et enfin, le module dit « d’interaction utilisateur » qui lui, permet de jumeler le Modulo Cellulo à d’autres outils ou objets. Le Cellulo-Mori notamment, permet de connecter le Modular Origami Robot (Mori) conçu par le RRL sur le module d’interaction du Modulo Cellulo.

Développement d’activités pédagogiques :

L’écriture :

Dans le cadre de ce domaine d’application, les chercheuses et chercheurs du CHILI développent des activités pédagogiques tirant parti des possibilités du Cellulo. Notamment en étudiant le rôle des robots tangibles interactifs dans le soutien à l’écriture de lettres pour les enfants ayant des problèmes d’attention et de coordination visuo-motrice.

Trois caractéristiques de la plateforme robotique Cellulo, en particulier l’information haptique, le mouvement autonome et le comportement synchronisé de plusieurs robots, permettent d’augmenter le retour multi-sensoriel à travers le processus d’écriture de lettres. Les caractéristiques haptiques permettent à chaque enfant de recevoir un retour individuel instantané, le mouvement autonome fait que le robot reproduit le tracé tandis que le comportement synchronisé des robots permet la conception collaborative du jeu.

Windfield :

Cette activité d’apprentissage développée afin de montrer le potentiel de Cellulo en classe dans le cadre d’activités scolaires standard, est une activité dite « semi-gamifiée » où les élèves apprennent comment la pression atmosphérique résulte en vents à travers une simulation robotique de « montgolfières » au-dessus de l’Europe. Il existe des points de haute et de basse pression de différentes intensités qui créent respectivement des vents vers l’extérieur et vers l’intérieur à une certaine distance ; la force de ces vents diminue avec le carré de la distance. La force du vent en un point donné de la carte est alors calculée comme la somme vectorielle des forces du vent créées par tous les points de pression.

Systèmes de coordonnées :

Cette activité a été développée pour enseigner aux enfants l’utilité d’un système de coordonnées pour décrire la position d’un objet. A travers un jeu en groupes de 3, les élèves cherchent se guider afin de retrouver un astronaute perdu dans l’espace.