Des machines qui surfent sur le web

L’interconnexion entre les objets via internet ne cesse de se développer. Une tendance qui devrait se poursuivre dans les années à venir. Pour permettre la communication entre les machines, une des solutions réside dans le web sémantique. Explications.

 « Le web sémantique permet de donner aux machines un accès au web semblable à celui des humains », indique Maxime Lefrançois, chercheur en intelligence artificielle à Mines Saint-Étienne. Ce domaine du web est actuellement utilisé par les entreprises pour récolter et partager des informations, notamment auprès des utilisateurs. Cela permet d’adapter des offres de produits au profil des consommateurs par exemple. Aujourd’hui le web sémantique occupe une place importante dans les recherches menées sur l’internet des objets, c’est-à-dire l’interconnexion entre les machines et les objets connectés via internet.

En faisant coopérer les machines, le web des objets peut être un moyen de développer de nouvelles applications. Celles-ci serviraient tant les particuliers que des secteurs professionnels comme les bâtiments intelligents ou l’agriculture numérique. C’est d’ailleurs sur ces derniers cas que porte le projet CoSWoT¹, financé par l’Agence nationale de la recherche (ANR). Cette initiative dans laquelle travaille Maxime Lefrançois vise à apporter de nouvelles connaissances sur l’utilisation du web sémantique par les appareils.

Pour ce faire, les chercheurs du projet ont installé des capteurs et des actionneurs dans des bâtiments de l’INSA Lyon sur le campus LyonTech-la Doua, dans le bâtiment Espace Fauriel de Mines Saint-Étienne, et dans la ferme expérimentale de l’INRAE à Montoldre. Ces capteurs enregistrent des informations, comme l’ouverture d’une fenêtre, la température et le taux de CO₂ d’une pièce. Grâce à une représentation numérique du bâtiment ou de la parcelle, les scientifiques peuvent construire des applications qui utilisent les informations fournies par les capteurs, les enrichissent et prennent des décisions qui sont transmises à des actionneurs.

Ce type d’applications peut permettre de mesurer la concentration en CO₂ dans une pièce, et selon un seuil prédéfini d’ouvrir automatiquement les fenêtres pour renouveler l’air. Une telle application peut avoir de l’intérêt dans le contexte actuel de crise sanitaire pour diminuer les charges virales en suspension et ainsi réduire les risques de contagion. Hors pandémie, les mêmes capteurs et actionneurs peuvent être utilisés dans d’autres applications ayant d’autres objectifs, comme pour prévenir l’accumulation de polluants dans l’air intérieur.

Un dialogue avec des cartes

La principale caractéristique du web sémantique est d’inscrire les informations dans des graphes de connaissances : des sortes de cartes composées de nœuds qui correspondent à des objets, des machines ou des concepts, et d’arcs qui les relient entre eux et représentent ainsi leurs relations. Chacun de ces nœuds et de ces arcs est immatriculé avec un IRI (Identificateur de ressource internationalisé) : un code qui permet aux machines de se reconnaître entre elles et d’identifier et de contrôler des objets tels qu’une fenêtre, et des concepts tels qu’une température.

Selon la quantité de graphes de connaissances accumulés et selon le nombre d’informations qu’ils contiennent, un appareil identifiera des objets et des choses d’intérêts avec divers degrés de précision. Un graphe qui reconnaît l’identifiant d’une température indiquera, selon sa finesse, l’unité utilisée pour mesurer celle-ci. « En combinant plusieurs graphes de connaissances, on obtient un graphe plus complet mais plus complexe, déclare Maxime Lefrançois. Plus un graphe sera complexe, plus son décryptage par la machine qui le reçoit sera fastidieux », ajoute le chercheur.

Des moyens pour optimiser la communication

L’objectif du projet CoSWoT est notamment de simplifier le dialogue entre des appareils autonomes. Il s’agit ainsi de « faire rentrer » les traitements complexes liés au web sémantique dans des objets ayant de faibles capacités de calcul et de limiter la quantité de données échangées en communication sans fil pour préserver leurs batteries. Cela représente un défi dans la recherche en web sémantique.  « Il faut que dans une toute petite quantité de données, un petit graphe de connaissances puisse être intégré et envoyé », explique Maxime Lefrançois. Cette optimisation permet d’améliorer la rapidité d’échange de données et la prise de décision afférente, en plus de contribuer à une plus grande sobriété énergétique.

Dans cette optique, le chercheur s’intéresse à ce qu’il appelle « l’interopérabilité sémantique » dont le but est de « faire en sorte que des machines de tous types comprennent le contenu des messages qu’elles échangent », présente-t-il. Typiquement, une fenêtre connectée produite par une entreprise doit pouvoir se faire comprendre par le capteur de CO2 développé par une autre entreprise, qui lui-même doit être compris de la fenêtre connectée. Pour atteindre cet objectif il existe deux approches. « La première est que les machines utilisent le même dictionnaire pour comprendre leurs messages, précise Maxime Lefrançois. La seconde consiste à faire en sorte que les machines résolvent une sorte de jeu de piste pour trouver comment comprendre les messages qu’elles reçoivent », complète-t-il. De cette manière, les appareils ne sont pas limités par le langage.

Les IRI au service du langage

La résolution de ces jeux de pistes est d’ailleurs permise par les IRI et l’utilisation du web. « Lorsqu’une machine reçoit un IRI, elle n’a pas besoin de savoir s’en servir d’office, déclare Maxime Lefrançois. Si elle reçoit un IRI dont elle ne sait pas se servir, elle peut se renseigner sur le web sémantique pour apprendre à l’utiliser », ajoute-il. De la même manière qu’un humain peut chercher sur le web des expressions qu’il ne comprend pas, ou apprendre à dire un mot dans un langage étranger qu’il ne connaît pas.

Or, pour le moment, il existe des problèmes de compatibilité entre divers appareils, dûs justement au fait qu’ils sont conçus par des fabricants différents. « À moyen terme, le projet CoSWoT pourrait influencer la standardisation des protocoles de communication des appareils, afin d’assurer une compatibilité entre des machines produites par divers fabricants », estime le chercheur. Une étape nécessaire au déploiement massif des objets connectés dans nos quotidiens et dans les entreprises.

Si les cabinets d’études se battent pour avoir la meilleure estimation de la place qu’occupera l’internet des objets à l’avenir, tous s’accordent pour dire que le marché mondial de ce secteur se comptera en centaines de milliards de dollars d’ici cinq ans. Quant au nombre d’objets connectés à internet, ils pourraient être de l’ordre de 20 à 30 milliards en 2030, soit bien plus que le nombre d’humains. Et si les objets sont amenés à utiliser internet plus que nous, l’enjeu de l’optimisation de leur trafic est donc évident.

[1] Le projet CoSWoT associe le laboratoire LIMOS (UMR CNRS 6158 dont fait partie Mines Saint-Étienne), le LIRIS (UMR CNRS 5205), Le laboratoire Hubert Curien (UMR CNRS 5516) l’INRAE, et l’entreprise Mondeca.

Rémy Fauvel

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