Thymio

Le premier Thymio avait comme concept de pouvoir robotiser/animer un objet en l'incluant dans le robot. Pour cette raison il a été appelé Thymio, en se basant sur le terme grec thymós (« cœur, âme, vie »).

C'est en 2006^[8], lors de réflexions communes entre l'EPFL et l'ECAL, que naît l'idée d'un robot en kit. Ce concept est avancée par Julien Ayer et Nicolas Le Moigne de l'ECAL, qui s'étaient inspiré du jouet Monsieur Patate.

L'idée initiale consistait à créer un kit prêt à l'emploi pour les enfants, ne nécessitant aucune programmation et capable de transformer n'importe quel objet du quotidien-comme un carton- en robot^[9].

La coordination du projet a notamment été assurée par le professeur Francesco Mondada (en) et Fanny Riedo de l'EPFL.

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Le premier kit opérationnel nommé Robokit, a été utilisé avec des enfants dès 8 ans^[10] lors d'un atelier du festival de robotique de l'EPFL, le 19 avril 2008^[11],[12] et lors d'ateliers dans des classes. Robokit avait alors cinq modules qui étaient reliés entre eux par des câbles : le bouton d'allumage, un capteur de proximité, la batterie ainsi que deux moteurs pour les roues. Il était préprogrammé pour suivre des lignes au sol.

Ce robot ne ressemblait pas encore à Thymio II. Tous les modules pouvaient s'attacher ou se planter dans de petits objets. Le module de la "tête" était une plaque verte, fine et sur laquelle les composants électroniques et le bouton d'allumage étaient arrangés comme pour faire un visage. Les roues étaient très semblables à celles du robot E-Puck de l'EPFL.

Les points forts du Robokit, outre que les enfants l'appréciaient, étaient qu'il favorisait la créativité et que les cinq modules permettaient aux enfants de bien comprendre le fonctionnement du robot.

Cependant, même si les adultes pouvaient les aider, l'assemblage était dur pour les enfants. Par exemple, il leur était difficile de faire tenir le robot en équilibre sur ses deux roues. De plus, la sécurité n'était pas parfaite, étant donné que les enfants pouvaient avoir accès à certains composants. Pour finir, seulement 50 Robokit avaient été créés et devaient être réutilisés dans différentes classes et ateliers. De ce fait, les enfants étaient assez déçus de ne pas pouvoir garder leur création.

Pour être produit et distribué en plus grande quantité, le Robokit devait être repensé, notamment pour respecter les normes de sécurité des jouets.

Cette nouvelle réflexion abouti en 2009 à Thymio. Le visuel a été développé par Julien Ayer et Luc Brtgeron de l'ECAL.

Thymio gardait le concept d'intégrer un objet au robot, mais pouvait aussi être utilisé directement. Le nombre de module a été réduit à quatre : la batterie à piles au centre, deux moteurs pour les roues ainsi qu'une "tête" comprenant le bouton d'allumage et cinq capteurs de proximité. Les câbles ne pouvaient plus être débranché et avaient leur espace de rangement à l'intérieur du robot. Chaque module était protégés par une coque en plastique blanc et transparent. Thymio avait un haut-parleur ainsi que des lumières LEDs.

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  "Thymio" (utilisation).
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  "Thymio" (vue du dessous).
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  "Thymio" (vue intérieure).
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  Kit Thymio

Les parties transparentes permettaient aux enfants de voir les composants du robot alors que le reste était blanc pour être neutre et favoriser la créativité. Les impressions sur la boîte de rangement pouvaient être enlevées pour rendre le carton blanc et qu'il puisse être intégré aux créations. Quelques idées de montage avec la boîte étaient présentes sur une feuille du kit.

Thymio avait trois réglages préenregistrés, ayant chacun leur couleur et pouvant être changés à l'aide du bouton de démarrage. Avec la lumière verte, le robot suivait un objet. En jaune, il avançait et évitait les obstacles. En rouge, il s'éloignait des objets détectés. Ces trois programmes permettaient au robot d'être utilisable dès la sortie de la boîte et sans matériel.

Thymio I a été produit à 1'000 exemplaires.

Comme son prédécesseur, Thymio a fait des visites dans certaines classes et certains évènements, notamment des ateliers lors du festival de robotique de l'EPFL de 2009 et celui de 2010. Lors de ces ateliers, les participants pouvaient acheter leur robot pour 49 CHF.

Le 16 mai 2009^[13], l'atelier Thymio a eu lieu six fois et accueillait cinquante enfants entre 6 et 12 ans pendant une heure. Ainsi, environ 300 enfants ont pu participer et être aidés d'un adulte (un adulte pour deux enfants).

Les 29 et 30 mai 2010^[14], l'atelier Thymio s'est modifié pour laisser plus de temps aux enfants. Ainsi, les 341 enfants de 5 à 15 ans avaient le choix entre différents ateliers de 1h30 : "animal" où l'accent était mis à la décoration de Thymio, "défi" où il fallait faire en sorte que Thymio soit tout-terrain et "constructions en carton" qui permettait d'apprendre des techniques de construction avec cette matière avec Thymio en tant que support. Les enfants étaient une quinzaine par atelier et avaient le temps de tester leur robot.

Suite à ces ateliers, les créateurs se sont demandé quel était le retour des enfants vis-à-vis des ateliers et surtout, du robot. Cette tâche a été confiée à Nathalie Nyffeler, Andrea Suriano et à certains de leurs étudiants de la haute école d'ingénierie et de gestion du canton de Vaud (HEIG-VD).

Le retour concernant les ateliers était très positif. Ceux-ci étaient de bonne qualité et satisfaisaient les enfants.

Du côté de Thymio, certains enfants s'étaient très attachés à leur robot et ne voulaient pas détruire leur décoration ou laisser quelqu'un d'autre l'utiliser. Ainsi, il était parfois difficile d'atteindre la batterie et celle-ci se vidait même lorsque le robot était éteint. Thymio finissait parfois en tant que décoration dans les chambres.

Les modules détachables ne faisaient pas partie des fonctionnalités préférées des enfants. Équilibrer le robot était plus facile, par exemple grâce à la petite bosse sous la "tête" de Thymio, mais d'autres difficultés ont été observées. Par exemple, la gestion des câbles, l'alignement des roues ainsi que la hauteur et l'angle des capteurs sur la "tête" pouvaient complexifier l'utilisation du robot et de ses comportements.

Les trois comportements de Thymio étaient appréciés, surtout lors des ateliers où les robots pouvaient interagir entre eux, par exemple en faisant un petit train. Mais lors de leur utilisation à la maison, les enfants faisaient vite le tour de ces comportements.

Un robot décoratif ou avec un faible temps d'utilisation ne correspondait pas à l'idée initiale des créateurs de Thymio.

Quelques idées d'améliorations avaient pu être données par les participants/les parents des participants. Parmi celles-ci, un robot compatible avec les pièces LEGO, une batterie rechargeable ainsi que la possibilité de programmer Thymio étaient revenus assez souvent. Il en était de même pour une caméra et un microphone, mais pas pour un changement d'apparence.

Certains Thymio ont été testés avec des briques LEGO et les enfants semblaient avoir moins de scrupules à casser leur création.

Le concept d'amélioration était finalisé en octobre 2010^[6]. Les créateurs s'étaient donné la mission d'avoir les premiers robots prêts pour le futur festival de robotique.

L'équipe a dû prendre en compte d'autres points comme la sécurité, la robustesse, le programme à utiliser et le coût de production. En effet, le but était que le robot soit utilisé par les enfants, les adolescents ainsi que les écoles et le prix était un point important pour ceux-ci.

Les contraintes du temps et du prix ont eu des effets sur certains choix, par exemple en choisissant des composants déjà connus ou avec un bon rapport qualité-prix.

Le visuel du nouveau robot a été travaillé avec Luc Bergeron et Laurent Soldini de l'ECAL^[15]. La programmation a été faite avec l'aide de Philippe Rétornaz de l'EPFL. La mécanique et l'électronique ont notamment été faites avec l'aide de Michaël Bonani de l'EPFL. Stéphane Magnenat de l'école polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ) et développeur du framework Aseba, a donné des conseils pour que le robot soit compatible et ainsi être programmable par les utilisateurs.

Le but du robot était d'être produit en grande quantité. La ligne de production a alors été testée pour 10, puis 100 prototypes. En hiver, l'association Mobsya a commencé la production des 1'000 premiers robots dont quelques centaines sont arrivées au printemps.

Le 7 mai 2011^[16], lors du 4ème festival de robotique à l'EPFL, la nouvelle version, nommée Thymio II, est sortie et vendue. Un prix de 60 CHF était demandé pour les différents ateliers et permettait aux 300 participants de garder leur robot. Thymio II pouvait aussi être acheté au stand de Mobsya, ce qui a permis de vendre les plus de 400 robots disponibles ce jour-là^[6]. Pour que l'utilisation du robot soit facilitée, l'équipe met en place un site avec des informations et un forum^[17],[18].

Visuellement, Thymio II n'a plus de parties séparables, est compatible avec des pièces LEGO, n'utilise plus de piles, est programmable et a six "comportements" préprogrammés. C'est cette version qui est la plus connue actuellement, utilisée dans les écoles et qui continue d'être améliorée.

Par la suite, Thymio garde le même nom^[4],[19], souvent sans indication d'un nombre, même lors d'améliorations, comme des mises à jour ou de nouveaux capteurs. Par exemple, Wireless Thymio^[20] peut être programmé sans être relié directement à un ordinateur. Thymio peut aussi être contrôlé à l'aide d'une télécommande, ce qui n'était pas le cas du premier Thymio II.

En été 2012, le langage de programmation visuel (VPL) développé par Jiwon Shinet et Stéphane Magnenat, a pu être utilisé avec Thymio II.

En été 2013, la communication entre robots a été programmée par Josep Soldevila durant son projet de master à l'EPFL.

L'utilisation du robot dans les écoles était encore timide, alors l'équipe a collaboré avec la haute école pédagogique de Lausanne (HEPL) dont Morgane Chevalier, pour mieux comprendre leur utilisation et les besoins. Une collaboration avec l'université de Lausanne (UNIL) et l'équipe de Farinaz Fassa a commencé pour mieux comprendre l'attitude des différents genres vis-à-vis des robots.

Au moins 74'000 robots Thymio II ont été produits (chiffre de 2021^[4]).

Pour fonctionner, Thymio II a notamment :

• Cinq touches tactiles sur le dessus, une ronde entourée de quatre triangulaires.
• Des capteurs de proximité, dont cinq à l'avant et deux à l'arrière.
• Deux capteurs "de sol" en dessous.
• Deux moteurs, un pour chaque roue.
• Un microphone.
• Un thermomètre.
• Un accéléromètre (3 axes).
• Un capteur pour une télécommande spécifique (non-présent sur les premiers Thymio II).

Pour faciliter l'utilisation, le robot a près de 39 LED (lumières), un haut-parleur ainsi qu'une indication du niveau de la batterie.

Pour favoriser la créativité, il a diverses zones de fixation prévues pour être compatibles avec les pièces LEGO, un crochet arrière ainsi qu'un trou vertical pouvant laisser passer un crayon et pouvoir dessiner.

Dans les aspects plus techniques, Thymio II a aussi un port pour être chargé, un bouton pour être redémarré en cas de problème et une zone pour une micro SD.

Pour allumer ou éteindre Thymio II, il faut placer un doigt pendant plusieurs secondes au contact de la touche tactile ronde du dessus. Lorsqu'il s'allume, le robot fera un bruit (allant vers les aigus) et allumera certaines lumières. Lorsqu'il s'éteint, les lumières en font de même et un son est émis (allant vers les graves).

Thymio II a six "comportements" ou "modes" (programmes préenregistrés) qui sont représentés à l'aide des lumières présentes au-dessus des roues.

Si cette lumière est fixe, alors il est possible de changer sa couleur en utilisant n'importe laquelle des touches tactiles triangulaires (appui court). En utilisant plusieurs fois la même touche, toutes les couleurs défileront en boucle. Pour sélectionner ou arrêter le comportement, il faut utiliser la touche ronde à l'aide d'un appui court.

Lorsque la lumière clignote lentement, alors le comportement a été sélectionné et fonctionnera ainsi :

• Vert = il suit un objet. C'est-à-dire que lorsque Thymio II détecte un objet, comme une main, il doit rester proche de celui-ci. Si l'objet s'éloigne, le robot va le suivre, mais s'il s'approche trop près, il gardera une distance de sécurité. Thymio s'arrête s'il ne détecte pas le sol (ex : bord d'une table).
• Rouge = il s'éloigne. Le robot va s'éloigner de ce qu'il détecte (avant et arrière) et faire des bruits très désagréables lorsqu'il est bloqué. Thymio s'arrête s'il ne détecte pas le sol (ex : bord d'une table).
• Jaune = il se balade. C'est-à-dire que le robot va avancer tout droit et tourner pour éviter les objets qu'il détecte. Thymio s'arrête s'il ne détecte pas le sol (ex : bord d'une table).
• Violet/rose = automate. Pendant cette couleur, le robot n'utilise pas ses capteurs et peut tomber. Il ne fait que suivre les instructions qui lui sont données à l'aide des touches triangulaires (ou une télécommande spécifique).
• Bleu clair = il suit une ligne. Le robot peut suivre une ligne noire d'au moins 3 cm de large sur un sol clair.
• Bleu foncé = écoute. Taper dans ses mains une, deux ou trois fois fait faire des actions différentes. Le robot allume différents niveaux de lumières (orange au niveau des touches tactiles) en fonction du nombre de bruits qu'il a détectés.

Lorsque deux Thymio se font face en comportement vert, ils vont se "reconnaître" et s'allumer de différentes couleurs.

Il est possible de créer un petit "train" avec plusieurs Thymio en mettant le premier en comportement jaune et les autres le suivant en vert.

Des réglages peuvent être faits sans programmations (ex : volume sonore^[17],[22], niveau de détection au sol^[23],[24], la vitesse des moteurs^[25]). Les premiers Thymio II n'ont pas forcément ces fonctionnalités.

Certains langages de programmation permettent de régler la sensibilité du micro, par exemple lorsqu'il est utilisé en mode bleu foncé (à noter que le robot peut détecter ses propres bruits).

Le robot détecte plus difficilement les couleurs foncées ou les matières transparentes. Ainsi, il est possible que le robot n'avance pas sur une table en verre ou qu'un objet soit repéré plus tardivement.

Thymio est programmable à l'aide de différents langages de programmation^[26] :

• Aseba
• VPL, VPL 3
• Scratch
• Blockly
• Python
• ROS

Les programmes déjà présents à l'achat du robot ne peuvent pas être modifiés^[27].