Le travail effectué lors de cette thèse concerne le développement d'un système cognitif artificiel autonome. La solution proposée repose sur l'hypothèse que la curiosité est une source de motivation d'un système cognitif dans le processus d'acquisition des nouvelles connaissances. En outre, deux types distincts de curiosité ont été identifiés conformément au système cognitif humain. Sur ce principe, une architecture cognitive à deux niveaux a été proposée. Le bas-niveau repose sur le principe de la saillance perceptive, tandis que le haut-niveau réalise l'acquisition des connaissances par l'observation et l'interaction avec l'environnement. Cette thèse apporte les contributions suivantes : A) Un état de l'art sur l'acquisition autonome de connaissance. B) L'étude, la conception et la réalisation d'un système cognitif bas-niveau basé sur le principe de la curiosité perceptive. L'approche proposée repose sur la saillance visuelle réalisée grâce au développement d'un algorithme rapide et robuste permettant la détection et l'apprentissage d'objets saillants. C) La conception d'un système cognitif haut-niveau, basé sur une approche générique, permettant l'acquisition de connaissance à partir de l'observation et de l'interaction avec son environnent (y compris avec les êtres humains). Basé sur la curiosité épistémique, le système cognitif haut-niveau développé permet à une machine (par exemple un robot) de devenir l'acteur de son propre apprentissage. Une conséquence substantielle d'un tel système est la possibilité de conférer des capacités cognitives haut-niveau multimodales à des robots pour accroître leur autonomie dans un environnement réel (environnement humain). D) La mise en œuvre de la stratégie proposée dans le cadre de la robotique autonome. Les études et les validations expérimentales réalisées ont notamment confirmé que notre approche permet d'accroître l'autonomie des robots dans un environnement réel / The work accomplished in this thesis concerns development of an autonomous machine cognition system. The proposed solution reposes on the assumption that it is the curiosity which motivates a cognitive system to acquire new knowledge. Further, two distinct kinds of curiosity are identified in conformity to human cognitive system. On this I build a two level cognitive architecture. I identify its lower level with the perceptual saliency mechanism, while the higher level performs knowledge acquisition from observation and interaction with the environment. This thesis brings the following contribution: A) Investigation of the state of the art in autonomous knowledge acquisition. B) Realization of a lower cognitive level in the ensemble of the mentioned system, which is realizing the perceptual curiosity mechanism through a novel fast, real-world robust algorithm for salient object detection and learning. C) Realization of a higher cognitive level through a general framework for knowledge acquisition from observation and interaction with the environment including humans. Based on the epistemic curiosity, the high-level cognitive system enables a machine (e.g. a robot) to be itself the actor of its learning. An important consequence of this system is the possibility to confer high level multimodal cognitive capabilities to robots to increase their autonomy in real-world environment (human environment). D) Realization of the strategy proposed in the context of autonomous robotics. The studies and experimental validations done had confirmed notably that our approach allows increasing the autonomy of robots in real-world environment

La question de la résolution de la référence est d'une importance majeure lorsque l'on souhaite s'intéresser à la généricité dans les systèmes de dialogue. En effet, s'il est relativement aisé de résoudre une référence à un objet du contexte lorsque ce dernier est limité à quelques types d'objets connus, le problème est beaucoup moins trivial si l'on souhaite pouvoir étendre la gestion des références à des situations moins contraintes, ce qui est le cas pour les agents assistants d'interface, qui peuvent être vus comme des systèmes de dialogue dont l'objectif est de pouvoir s'adapter facilement à plusieurs tâches distinctes. Des ambiguïtés pragmatiques peuvent apparaître, des catégories différentes moins bien « coller » avec des mots indépendants, ou bien des caractères être communs à plusieurs objets, et ne plus être discriminants. Dans les systèmes de dialogue simples, la solution consiste à définir des modules de résolution spécialisés en fonction du domaine et de la tâche de dialogue visée, ce qui brise la généricité du système.<br /><br />Sans aller jusqu'à traiter le problème de la référence dans le cadre général du dialogue non contraint, nous avons cherché à donner un cadre le plus générique possible à la résolution de la référence dans le cas des agents assistants d'interface. En effet, si on l'envisage dans son sens le plus large, la question de la référence ouvre un vaste champ d'étude, et ce dans de nombreuses disciplines comme la psychologie, la linguistique ou la philosophie. En informatique linguistique, même en mettant de côté les aspects anaphoriques, il reste encore un vaste choix de problématiques ouvertes à la réflexion. Les phénomènes tels que la métaphore et ses affiliés comme la métonymie ou la méronymie, la génération d'expressions référentielles ou la résolution de l'ancrage des expressions référentielles dans une représentation formelle (c'est-à-dire la résolution des entités codées informatiquement qui sont désignées dans un énoncé), n'ont jusqu'à présent que des solutions partielles ou ad hoc.<br /><br />Nous avons cherché à donner un cadre systématique au processus d'ancrage référentiel en situation de dialogue, en nous intéressant à l'environnement partagé par l'utilisateur et l'assistant, c'est-à-dire les connaissances et les perceptions que l'utilisateur considère comme accessible à son interlocuteur virtuel. Les travaux que nous avons menés dans cette direction nous ont conduit à adopter certains principes « philosophiques » qui, sans révolutionner radicalement en surface les modèles utilisés pour traiter la langue, influencent profondément les choix que nous pouvons faire dans la conception et la mise en oeuvre du processus d'interprétation. Partant de ces principes, nous avons souhaité établir une architecture d'interprétation à la fois simple et complète, afin d'intégrer les résultats que nous avons obtenu sur la référence avec un modèle d'interprétation global.<br /><br />Pour cela nous avons étudié les théories et approches ayant été proposées autour de cette problématique. Nous avons ainsi constaté les nombreux parallèles entre les systèmes de production de Newell [1972], qui permettent de modéliser une partie des processus cognitifs, et les constructions de Fillmore et Kay [1995], qui permettent de décrire les relations entre formes syntaxiques et représentations sémantiques. Ceci nous a guidé vers la réalisation d'un modèle regroupant leurs caractéristiques principales.<br /><br />Il manquait cependant à ces théories la capacité de traiter des structures ayant des caractéristiques topologiques non triviales, comme les représentations servant à un raisonnement temporel, qui sont pourtant nécessaires dans de nombreux modèles de raisonnement, ainsi que pour la résolution de la référence. Le modèle d'interprétation constructionnelle (MIC) que nous avons conçu pour répondre à ce besoin est un modèle d'interprétation pour le dialogue finalisé, où les différentes entrées du système de dialogue, qu'elles soient textuelles, visuelles ou autre sont traitées de manière homogène au moyen d'une opération unique : les constructions situées, une forme évoluée des constructions issues des travaux de Fillmore.<br /><br />Nous avons introduit la notion de construction située (aussi appelée s-construction) afin de pouvoir prendre en compte le fait que l'information traitée par le système de dialogue, décrite et structurée par des schémas de la sémantique des frames, peut être organisée à un niveau supérieur, y compris dans des structures dotées d'une topologie. La topologie qui organise les informations que contiennent ces structures peut être modélisée par des logiques particulières, qui permettent de décrire un système de contraintes. Par exemple, la logique de Allen [1983] pour la modélisation temporelle des événements peut être utilisée pour structurer les schémas représentant les événements. Les relations ainsi décrites peuvent être utilisées ensuite pour résoudre certaines références temporelles : l'expression « avant cela » désignant le segment temporel précédant l'événement désigné par « cela ». Ainsi, dans les s-constructions, les contraintes sur l'organisation de l'information (i.e. sur les conteneurs) peuvent être décrites tout autant que les contraintes sur le contenu de l'information. Dans notre modèle, l'interface permettant de décrire la logique qui supporte les caractéristiques topologiques d'un certain conteneur est nommée contexte, le modèle logique proprement dit n'est pas décrit dans le modèle, mais laissé à la charge d'un système externe.<br /><br />La mise en oeuvre du modèle d'interprétation constructionnelle, MICO, est inspirée par les travaux de Bryant sur l'implémentation d'une grammaire de construction grâce à une méthode d'analyse par tronçon (chunk parsing) et des travaux de Engel [2002] sur l'analyse linguistique par systèmes de production utilisée dans le projet SmartKom. Pour cette implémentation, nous introduisons la notion d'observateur, qui est l'équivalent opérationnel des S-Constructions. Un observateur est capable de reconnaître certaines formes dans les instances de contextes et peut produire une nouvelle information dans une instance de contexte si cette forme est reconnue.<br /><br />La faisabilité d'une interprétation basée sur ce modèle n'est pas évidente, car la grammaire décrite par les s-constructions est une grammaire contextuelle, et donc indécidable. Afin de rendre l'exécution des observateurs possible, nous adjoignons deux mécanismes pour guider le parcours du graphe d'interprétation. Le premier mécanisme utilise une information de pondération sur la probabilité de déclenchement a priori permettant d'ordonnancer plus efficacement l'exécution des observateurs. Cette pondération peut être soit calculée manuellement, soit déterminée automatiquement grâce à un algorithme d'apprentissage. Le second mécanisme est une généralisation du principe de restriction de sélection, généralisation rendue possible du fait que les informations manipulées dans notre modèle sont structurées. L'idée est d'augmenter la probabilité de déclenchement des observateurs capables de produire l'information attendue par un certain observateur, qui ne dispose que d'une partie de son motif de déclenchement.<br /><br />Le fait que les informations soient structurées topologiquement et dans des contextes distincts permet de spécifier qu'une certaine information est attendue dans une certaine zone (une zone étant l'ensemble des lieux qui respectent certaines contraintes, relativement à un contexte donné), et donc de décider assez rapidement si un observateur particulier a des chances de produire l'information attendue à l'endroit prévu. Ce mécanisme permet aussi de décrire la coercition à la demande, en spécifiant qu'un observateur ne peut être déclenché que si sa production est attendue. Enfin, en couplant ce mécanisme avec une approche de satisfaction partielle de contraintes pour décrire les motifs de déclenchement des observateurs, on assure au système d'interprétation une certaine robustesse.<br /><br />Afin de montrer que le modèle d'interprétation constructionnelle peut être utilisé pour traiter des phénomènes complexes, nous avons conçu un modèle de résolution extensionnelle de la référence capable de traiter des prédicats vagues, et qui utilise un version continue des domaines de référence [Corblin, 1987 ; Reboul, 1997 ; Salmon-Alt, 2001]. Dans ce cadre, nous soulevons plusieurs questions sur la pertinence de l'utilisation d'une représentation propositionnelle des entités pour l'analyse linguistique. Nous montrons que la prise en compte du contexte dans l'analyse des expressions référentielles induit l'existence de plusieurs interprétations possibles pour un même prédicat référentiel appliqué à un même type d'objet. Nous proposons qu'une représentation possible d'un des rôles de prédicat puisse être basée sur des fonctions agissant dans des domaines de références. Ayant constaté l'adéquation de ce modèle aux besoins des systèmes d'interprétation des agents conversationnels, nous montrons comment l'adapter au modèle d'interprétation unifié que nous avons conçu. <br /><br />Nous exposons nos travaux en trois parties. Dans la première partie, nous présentons le Modèle d'Interprétation Constructionnelle (MIC), après avoir argumenté en faveur d'une approche unifiée et fondée sur le principe de constructions. Dans la deuxième partie, nous présentons un modèle fonctionnel pour la résolution extensionnelle de la référence dans le cadre d'une interaction avec un support visuel, et nous décrivons la mise en oeuvre de ce modèle en utilisant le MIC. Dans la dernière partie, nous spécifions les caractéristiques du modèle d'interprétation constructionnelle par observateur (MICO), une réalisation possible du MIC structurée autour de la notion d'observateur, et nous présentons aussi le système InterViews [Sansonnet, 2003], qui a été à l'origine de nos travaux.

Dans ces travaux, nous proposons un système de guidage automatique pour la navigation sûre d'un robot mobile dans un monde ouvert. Le principe est de contrôler la direction et la vitesse du véhicule afin de préserver son intégrité physique et celle de son environnement. Cela se traduit par la généralisation du concept d'obstacle permettant d'estimer l'espace de vitesses admissibles par le véhicule en fonction de la surface de navigation, des capacités du véhicule et de son état. Afin d'atteindre cet objectif, le système doit pour chaque itération : 1) fournir à la tâche de perception une zone sur laquelle elle devra focaliser son attention pour la reconstruction de l'environnement ; 2) générer des trajectoires admissibles par le véhicule ; 3) estimer le profil de vitesse admissible pour chacune d'entre elles ; 4) pour finir, sélectionner la plus optimale par rapport à un critère prédéfini. Des résultats simulés et obtenus sur un démonstrateur réel permettent d'analyser les performances obtenues du système face à des scénarios divers et en démontre la pertinence.

Dans ces travaux, nous proposons un système de guidage automatique pour la navigation sûre d'un robot mobile dans un monde ouvert. Le principe est de contrôler la direction et la vitesse du véhicule afin de préserver son intégrité physique et celle de son environnement. Cela se traduit par la généralisation du concept d'obstacle permettant d'estimer l'espace de vitesses admissibles par le véhicule en fonction de la surface de navigation, des capacités du véhicule et de son état. Afin d'atteindre cet objectif, le système doit pour chaque itération : 1) fournir à la tâche de perception une zone sur laquelle elle devra focaliser son attention pour la reconstruction de l'environnement ; 2) générer des trajectoires admissibles par le véhicule ; 3) estimer le profil de vitesse admissible pour chacune d'entre elles ; 4) pour finir, sélectionner la plus optimale par rapport à un critère prédéfini. Des résultats simulés et obtenus sur un démonstrateur réel permettent d'analyser les performances obtenues du système face à des scénarios divers et en démontre la pertinence. / In this work, we propose an automatic guidance system for safe navigation of a mobile robot in an open environment. The principle is to control the direction and the speed oh the vehicle in order to preserve its physical integrity and that of its environment. That results in the generalization of obstacle's concept to estimate the admissible speeds of the vehicle taking into account the surface navigation, the capabilities of the vehicle and its state. To accomplish this objective, th system has to ; 1) provide to the perception task an area on witch it can focus its attention to build the environment, 2) generate acceptable trajectories by th vehicles ; 3) estimate the admissible speed profile for each of them, 4) finally, select the most optimal with respect to a predefined criterion. Simulated and real results show the performance of the system obtained against various scenarios.

Cette recherche concerne une expérience menée pendant quatre ans auprès d’enfants autistes dans un hôpital de jour. Nous nous sommes proposé d’aborder les enfants autistes selon une démarche utilisant une médiation scolaire. Les acquis et les comportements sont lus en référence à la construction du sujet tel que le conçoit la psychanalyse. Les enfants autistes de l’expérience ont montré une capacité à apprendre et un intérêt pour les apprentissages scolaires que nous pensons utile de rapporter. Nous avons jugé nécessaire de situer au centre de notre réflexion sur les enfants autistes (ou atteints de TED) la notion de subjectivité et celle de subjectivation. La subjectivité représente la structure de l’identification primordiale, telle qu’elle se présente pour tous comme une matrice, la subjectivation est le chemin que prend toute construction singulière en termes de relations, d’inscriptions symboliques, imaginaires et réelles dans son rapport au monde, un chemin borné par la matrice subjective de départ. L’autisme désigne un trouble affectant la personne sur trois plans : anomalies de la communication orale et verbale, des interactions sociales et des centres d’intérêts restreints. Habituellement, chez les enfants en difficulté, on sépare la conduite de la thérapie, creuset de l’avènement d’un sujet, des apprentissages éducatifs et scolaires. Au-delà des débats, cette thèse dont les références sont celles de la psychopathologie clinique, se propose d’élaborer une voie d’accès, par la médiation des apprentissages scolaires, aux enfants autistes mutiques, dans le but d’élaborer avec eux un système de relations et de communications. Entrer d’abord en communication par la construction de représentations est essentiel. Dans un cadre où l’espace-temps est balisé, où les rituels des activités sont vite repérés par les enfants et appropriés, une subjectivité, restée constante mais gelée dans sa structure, peut s’exprimer et même une subjectivation peut se construire en relation avec l’autre ou les autres. Cette « nourriture » se constitue d’échanges avec les soignants dans un dispositif de face à face adulte-enfant. La « réussite de l’activité » avec les encouragements et les compliments se transforme en « objet de satisfaction » et laisse une trace mnésique chez l’enfant. L’objet de satisfaction est, ainsi, « médiatisé » à plusieurs niveaux. Le passage de l’éducation spécialisée à l’enseignement adapté marque une évolution radicale. Dans la réalité, beaucoup d’enfants autistes ne peuvent pas bénéficier de ce mouvement. Parce que les enfants autistes ont plus le désir de communiquer et d’apprendre que de conserver leurs troubles, aucune méthode éducative stricto-sensu ne peut répondre au développement de leur subjectivité. Par contre, on peut constituer pour eux un enseignement. / The research presented here is based on experimental work with autistic children carried out over a four-year period in a day hospital. We set out to deal with autistic children in a process using school mediation. Achievements and behaviour are viewed with reference to the construction of the subject as perceived by psychoanalysis. The autistic children involved in our experimentation showed learning abilities and an interest in school studies that we feel are worthy of a written report. The specific target for this research was the learning difficulties of autistic children, both mutistic and non-mutistic. We also strived to provide responses to the French 2005 legislation obliging schools to accept children of all types. To do so, we felt it was essential to locate notions of subjectivity and subjectivation in the heart of our thinking about children with autism, or with pervasive developmental disorders. Subjectivity in our context is the primary identification structure that appears to us all as a starting point matrix or mould from which subjectivation is the path that takes on specific constructions in terms of relationships, and symbolic enrolling, both imaginary and real in relation to the world, a path bordered by the subjective starting matrix. Autism is seen today as a disorder that affects a person in three precise areas: abnormalities in spoken and written communication, social interactions, and personal interests that are restricted and often repetitive. When working with children with difficulties we generally separate the therapy—the crucible from which springs a subject—from educational and school learning. Looking beyond the pros and cons, this thesis—primarily anchored in clinical psychopathology—proposes to draw up a rather special approach, using the mediation of school learning, an access route enabling mutistic autistic children to be contacted and thus develop a system of relationships and communication. We decided to turn the proposals around, i.e. we opted to enter first into communication via symbolic mediation (as a common code) consisting of academic learning. In a setting where space-time is well charted, and where activity rituals are swiftly identified by the children—and often just as swiftly appropriated—constant though structurally rigid subjectivity can be expressed and even subjectivation may be built relative to the Other, or others. In actual fact many autistic children cannot benefit from the adapted teaching. Because autistic children dominate more by their singular features than through the common basis of their symptoms, because they have more desire to communicate and learn than to hold on to their problems, no educational method, strictly speaking, can truly respond to the development of their subjectivity. On the other hand, specific teaching programmes can be set up for them.