RM (20210318)

A la différence d’un système universel capable d’effectuer plusieurs tâches, un système embarqué (SE), analogique ou numérique, est dédié à une tâche précise qu’il effectue dans la plus grande simplicité matérielle comme logicielle, de manière fiable et autonome. Il est le plus souvent intégré dans une machine plus grande, mobile ou immobile (de l’aspirateur automatique en passant par le bateau, la voiture, jusqu’au missile) dont il contrôle et commande une fonction.

Un système embarqué est intégré dans une machine ou une infrastructure qui doit assurer un service fiable et continu pendant de nombreuses années. Il doit être capable d'exécuter de manière « autonome », avec une grande précision des tâches prédéfinies, le plus souvent en temps réel. Il est équipé de capteurs, d'actionneurs et d'une interface.
- Un capteur observe et mesure une propriété physique d'un phénomène naturel ou du fonctionnement d'une machine, une propriété physique et/ou cognitive d'un processus humain, et convertit cette mesure en un signal.
- Un actionneur modifie une ou plusieurs propriétés d'une entité physique (qui a une existence matérielle dans le monde physique) en réponse à une entrée valide (partie opérative).
- Une interface de communication bidirectionnelle, la plupart du temps sans fil, lui permet de se connecter aux réseaux et transmettre certaines informations ascendantes : ses données de capteur, mais aussi informations descendantes : accusés de réception (acquittement), mises à jour système, réglages de certains paramètres de la tâche à effectuer.

Le régulateur d’allure d’un voilier est un système embarqué analogique très simple capable d’orienter automatiquement le navire (actionneur : pale immergée) en réponse à un changement d’orientation du vent (capteur : girouette aérienne), une interface mécanique permet au naviguant d’en régler l’allure souhaitée (près, travers, largue, arrière). Le système de guidage de la mission lunaire Apollo est un système embarqué numérique plus complexe qui recueille des informations de vol et contrôle automatiquement les fonctions de navigation. Ces deux SE sont des pilotes automatiques, conçus pour détecter des changements de propriété (environnementales et/ou de l’entité physique machine) et de pouvoir en corriger automatiquement les effets lorsqu’ils surgissent.

Un SE est soumis à plusieurs contraintes. Tout d’abord sa taille et son poids, simple et léger, il dispose par exemple d'un espace mémoire très limité, c’est le ratio solidité/encombrement. Ensuite son temps d'exécution doit souvent être proche du temps réel (latence capteur/actionneur). Enfin son ratio fonctionnement/consommation énergétique, sur ce dernier point les SE tendent aujourd’hui à l’autonomie énergétique. Les SE dits critiques doivent être sûrs et sécurisés : la sûreté de son fonctionnement demande de fournir des résultats exacts et pertinents ; sa sécurité est indispensable afin d’assurer la confidentialité des données : données de paramétrage (interface), données d’environnement (capteurs), données de modification de comportement ou de transformation d’état (actionneur), afin que le SE ne soit pas espionné ou détourné.

La couche logicielle des Systèmes embarqués est aujourd’hui progressivement équipée d’Intelligence Artificielle qui offre à l’étape d’analyse des propriétés des entités physiques de la machine ou de son environnement un traitement de la donnée beaucoup plus fin. Si le développement de l'Intelligence Artificielle reposait jusqu'à présent essentiellement sur des briques logiciels accessibles sur les réseaux et les serveurs informatiques centralisés (Cloud omputing), la multiplication actuelle des Systèmes Embarqués impose une décentralisation. L'Intelligence Artificielle Embarquée permet alors au SE de s’affranchir d’un traitement Online par Cloud Computing des données recueillies (voir Internet des objets*) et de pouvoir ainsi mettre en œuvre une prise de décision fiable Offline et “in situ”, indépendamment d’une unité de calcul extérieure au SE. La capacité de mémoire et la puissance de calcul deviennent alors déterminants dans le rapport coût/performance des solutions d'IA Embarquée.

L’Intelligence Artificielle Embarquée prend tout son sens dans certaines situations. Par exemple certaines tâches qui nécessitent un temps de latence entre Capteur et Actionneur extrêmement court, rendent impossible le traitement dans un coud distant, les calculs reposant sur des méthodes d'IA auront alors besoin d'être traités en local, au cœur même des composants (par exemple le freinage d'urgence d'un véhicule autonome). Dans certains milieux critiques où les relais de communication en basse fréquence (WiFi Halow, dédié aux objets connectés) ne couvrent pas l’intégralité de l’espace d’intervention ou risquent d’être instables,les trous de couverture réseau (spatiaux ou temporels) n’autorisent pas le SE à se reposer sur un Cloud Computing loin et centralisé, ni même sur un réseau plus proche et décentralisé de type Edge Computing*.

L’Intelligence Artificielle Embarquée peut également se justifier dans le cadre d’un choix de conception éthique de certains objets communicants notamment en domotique, par exemple avec les assistants basés sur la reconnaissance vocale ou gestuelle. La voix étant un puissant marqueur biométrique, certains fabricants désirent pour des raisons éthiques, assurer le traitement de la voix en local sur des systèmes embarqués et non le déporter sur le cloud computing (on parle aussi de Privacy by design pour ce type de choix de conception).