Si la question de l'origine du langage reste d'un abord compliqué, celle de l'origine des formes du langage semble plus susceptible de se confronter à la démarche expérimentale. Malgré leur infinie variété, d'évidentes régularités y sont présentes~: les universaux du langage. Nous les étudions par des raisonnements plus généraux sur l'émergence du langage, notamment sur la recherche de précurseurs onto- et phylogénétiques. Nous abordons trois thèmes principaux~: la situation de communication parlée, les architectures cognitives des agents et l'émergence des universaux du langage dans des sociétés d'agents. Notre première contribution est un modèle conceptuel des agents communicants en interaction, issu de notre analyse bibliographique. Nous en proposons ensuite une formalisation mathématique Bayésienne~: le modèle d'un agent est une distribution de probabilités, et la production et la perception sont des inférences bayésiennes. Cela permet la comparaison formelle des différents courants théoriques en perception et en production de la parole. Enfin, nos simulations informatiques de société d'agents identifient les conditions qui favorisent l'apparition des universaux du langage.

Si la question de l'origine du langage reste d'un abord compliqué, celle de l'origine des formes du langage semble plus susceptible de se confronter à la démarche expérimentale. Malgré leur infinie variété, d'évidentes régularités y sont présentes~: les universaux du langage. Nous les étudions par des raisonnements plus généraux sur l'émergence du langage, notamment sur la recherche de précurseurs onto- et phylogénétiques. Nous abordons trois thèmes principaux~: la situation de communication parlée, les architectures cognitives des agents et l'émergence des universaux du langage dans des sociétés d'agents. Notre première contribution est un modèle conceptuel des agents communicants en interaction, issu de notre analyse bibliographique. Nous en proposons ensuite une formalisation mathématique Bayésienne~: le modèle d'un agent est une distribution de probabilités, et la production et la perception sont des inférences bayésiennes. Cela permet la comparaison formelle des différents courants théoriques en perception et en production de la parole. Enfin, nos simulations informatiques de société d'agents identifient les conditions qui favorisent l'apparition des universaux du langage. / If the origin of language is difficult to properly study, the origin of its forms appears to be accessible to the experimental method. Languages, despite their large variety, display obvious regularities, the linguistic universals. We study them through more general reasoning about language emergence, in particular in the search of its precursors, both in ontogeny and phylogeny. We study three main themes: the communication situation, the agent's cognitive architectures and the emergence of linguistic universals in agent societies. Our first contribution is a conceptual model of communicating agents in interaction, emanating from our bibliographic survey. We then cast it into the Bayesian mathematical formalism: an agent model is a probability distribution, and production and perception are defined by Bayesian inference. This allows a formal comparison of speech perception and production theoretical trends. Finally, computer simulations of agent societies help identify the conditions that favor the appearance of linguistic universals.

Ancrer l'interaction: Gestion des connaissances pour la robotique interactive Avec le développement de la robotique cognitive, le besoin d'outils avancés pour représenter, manipuler, raisonner sur les connaissances acquises par un robot a clairement été mis en avant. Mais stocker et manipuler des connaissances requiert tout d'abord d'éclaircir ce que l'on nomme connaissance pour un robot, et comment celle-ci peut-elle être représentée de manière intelligible pour une machine. Ce travail s'efforce dans un premier temps d'identifier de manière systématique les besoins en terme de représentation de connaissance des applications robotiques modernes, dans le contexte spécifique de la robotique de service et des interactions homme-robot. Nous proposons une typologie originale des caractéristiques souhaitables des systèmes de représentation des connaissances, appuyée sur un état de l'art détaillé des outils existants dans notre communauté. Dans un second temps, nous présentons en profondeur ORO, une instanciation particulière d'un système de représentation et manipulation des connaissances, conçu et implémenté durant la préparation de cette thèse. Nous détaillons le fonctionnement interne du système, ainsi que son intégration dans plusieurs architectures robotiques complètes. Un éclairage particulier est donné sur la modélisation de la prise de perspective dans le contexte de l'interaction, et de son interprétation en terme de théorie de l'esprit. La troisième partie de l'étude porte sur une application importante des systèmes de représentation des connaissances dans ce contexte de l'interaction homme-robot : le traitement du dialogue situé. Notre approche et les algorithmes qui amènent à l'ancrage interactif de la communication verbale non contrainte sont présentés, suivis de plusieurs expériences menées au Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes au CNRS à Toulouse, et au groupe Intelligent Autonomous System de l'université technique de Munich. Nous concluons cette thèse sur un certain nombre de considérations sur la viabilité et l'importance d'une gestion explicite des connaissances des agents, ainsi que par une réflexion sur les éléments encore manquant pour réaliser le programme d'une robotique "de niveau humain".

La conception de systèmes de perception autonomes, tels que des robots capables d’accomplir un ensemble de tâches de manière sûre et sans assistance humaine, est l’un des grands défis de notre siècle. Pour ce faire, la robotique développementale propose de concevoir des robots qui, comme des enfants, auraient la faculté d’apprendre directement par interaction avec leur environnement. Nous avons dans cette thèse exploré de telles possibilités en se limitant à l’apprentissage de la localisation des objets d’intérêt (ou objets saillants) dans l’environnement du robot.Pour ce faire, nous présentons dans ces travaux un mécanisme capable d’apprendre la saillance visuelle directement sur un robot, puis d’utiliser le modèle appris de la sorte pour localiser des objets saillants dans son environnement. Cette méthode a l’avantage de permettre la création de modèles spécialisés pour l’environnement du robot et les tâches qu’il doit accomplir, tout en restant flexible à d’éventuelles nouveautés ou modifications de l’environnement.De plus, afin de permettre un apprentissage efficace et de qualité, nous avons développé des stratégies d’explorations basées sur les motivations intrinsèques, très utilisées en robotique développementale. Nous avons notamment adapté l’algorithme IAC à l’apprentissage de la saillance visuelle, et en avons conçu une extension, RL-IAC, pour permettre une exploration efficace sur un robot mobile. Afin de vérifier et d’analyser les performances de nos algorithmes, nous avons réalisé des évaluations sur plusieurs plateformes robotiques dont une plateforme fovéale et un robot mobile, ainsi que sur des bases de données publiques. / Conceiving autonomous perceptual systems, such as robots able to accomplish a set of tasks in a safe way, without any human assistance, is one of the biggest challenge of the century. To this end, the developmental robotics suggests to conceive robots able to learn by interacting directly with their environment, just like children would. This thesis is exploring such possibility while restricting the problem to the one of localizing objects of interest (or salient objects) within the robot’s environment.For that, we present in this work a mechanism able to learn visual saliency directly on a robot, then to use the learned model so as to localize salient objects within their environment. The advantage of this method is the creation of models dedicated to the robot’s environment and tasks it should be asked to accomplish, while remaining flexible to any change or novelty in the environment.Furthermore, we have developed exploration strategies based on intrinsic motivations, widely used in developmental robotics, to enable efficient learning of good quality. In particular, we adapted the IAC algorithm to visual saliency leanring, and proposed an extension, RL-IAC to allow an efficient exploration on mobile robots.In order to verify and analyze the performance of our algorithms, we have carried out various experiments on several robotics platforms, including a foveated system and a mobile robot, as well as publicly available datasets.

Avec le développement de la robotique cognitive, le besoin d’outils avancés pour représenter, manipuler, raisonner sur les connaissances acquises par un robot a clairement été mis en avant. Mais stocker et manipuler des connaissances requiert tout d’abord d’éclaircir ce que l’on nomme connaissance pour un robot, et comment celle-ci peut-elle être représentée de manière intelligible pour une machine. Ce travail s’efforce dans un premier temps d’identifier de manière systématique les besoins en terme de représentation de connaissance des applications robotiques modernes, dans le contexte spécifique de la robotique de service et des interactions homme-robot. Nous proposons une typologie originale des caractéristiques souhaitables des systèmes de représentation des connaissances, appuyée sur un état de l’art détaillé des outils existants dans notre communauté. Dans un second temps, nous présentons en profondeur ORO, une instanciation particulière d’un système de représentation et manipulation des connaissances, conçu et implémenté durant la préparation de cette thèse. Nous détaillons le fonctionnement interne du système, ainsi que son intégration dans plusieurs architectures robotiques complètes. Un éclairage particulier est donné sur la modélisation de la prise de perspective dans le contexte de l’interaction, et de son interprétation en terme de théorie de l’esprit. La troisième partie de l’étude porte sur une application importante des systèmes de représentation des connaissances dans ce contexte de l’interaction homme-robot : le traitement du dialogue situé. Notre approche et les algorithmes qui amènent à l’ancrage interactif de la communication verbale non contrainte sont présentés, suivis de plusieurs expériences menées au Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes au CNRS à Toulouse, et au groupe Intelligent Autonomous System de l’université technique de Munich. Nous concluons cette thèse sur un certain nombre de considérations sur la viabilité et l’importance d’une gestion explicite des connaissances des agents, ainsi que par une réflexion sur les éléments encore manquant pour réaliser le programme d’une robotique “de niveau humain” / With the rise of the so-called cognitive robotics, the need of advanced tools to store, manipulate, reason about the knowledge acquired by the robot has been made clear. But storing and manipulating knowledge requires first to understand what the knowledge itself means to the robot and how to represent it in a machine-processable way. This work strives first at providing a systematic study of the knowledge requirements of modern robotic applications in the context of service robotics and human-robot interaction. What are the expressiveness requirement for a robot? what are its needs in term of reasoning techniques? what are the requirement on the robot's knowledge processing structure induced by other cognitive functions like perception or decision making? We propose a novel typology of desirable features for knowledge representation systems supported by an extensive review of existing tools in our community. In a second part, the thesis presents in depth a particular instantiation of a knowledge representation and manipulation system called ORO, that has been designed and implemented during the preparation of the thesis. We elaborate on the inner working of this system, as well as its integration into several complete robot control stacks. A particular focus is given to the modelling of agent-dependent symbolic perspectives and their relations to theories of mind. The third part of the study is focused on the presentation of one important application of knowledge representation systems in the human-robot interaction context: situated dialogue. Our approach and associated algorithms leading to the interactive grounding of unconstrained verbal communication are presented, followed by several experiments that have taken place both at the Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes at CNRS, Toulouse and at the Intelligent Autonomous System group at Munich Technical University. The thesis concludes on considerations regarding the viability and importance of an explicit management of the agent's knowledge, along with a reflection on the missing bricks in our research community on the way towards "human level robots"

Si la question de l'origine du langage reste d'un abord compliqué, celle de l'origine des formes du langage semble plus susceptible de se confronter à la démarche expérimentale. Malgré leur infinie variété, d'évidentes régularités y sont présentes : les universaux du langage. Nous les étudions par des raisonnements plus généraux sur l'émergence du langage, notamment sur la recherche de précurseurs onto- et phylogénétiques. Nous abordons trois thèmes principaux : la situation de communication parlée, les architectures cognitives des agents et l'émergence des universaux du langage dans des sociétés d'agents. Notre première contribution est un modèle conceptuel des agents communicants en interaction, issu de notre analyse bibliographique. Nous en proposons ensuite une formalisation mathématique Bayésienne : le modèle d'un agent est une distribution de probabilités, et la production et la perception sont des inférences bayésiennes. Cela permet la comparaison formelle des différents courants théoriques en perception et en production de la parole. Enfin, nos simulations informatiques de société d'agents identifient les conditions qui favorisent l'apparition des universaux du langage.