Algorithmics du mouvement: De la robotique, à travers la biologie structurale, vers CAD échelle atomique

Algorithmics of motion is a fundamental part of robotics. It deals with the development of methods to compute, simulate and analyze motions of physical systems such as articulated mechanisms or mobile robots. Nevertheless, these methods can be applied to other problems beyond robotics. Indeed, a significant part of my activities are focused on interdisciplinary research in the areas of structural bioinformatics and materials science. My main methodological contributions concern motion planning and simulation algorithms for complex systems. Complexity in this context mainly concerns high-dimensionality together with multiple types of motion constraints, being kinematic loop closure an important class of them. I have also investigated variants of sampling-based motion planning algorithms able to provide good-quality solutions when a cost-function is defined over the space being explored. Parallel implementations of these algorithms have also been studied. In robotics, my research has been mainly focused on problems related to manipulation in the context of several European projects. More recently, I have started to conduct research on aerial robotics. Motion planning for aerial robots involves additional difficulties compared to other classes of robots such as simple wheeled robots or manipulators. Whereas a purely geometric approach is suitable for planning motions of other types of systems that are more easily controllable, aerial robots require to consider dynamics in order to ensure the feasibility of the planned trajectory. Structural bioinformatics and materials science are very interesting areas for the development of methods since they involve extremely challenging problems related to motion. Doubtless, biological macromolecules (such as proteins or RNA) and polymers, at the atomic scale, can be seen as extremely complex mobile systems. The development of methods for modeling/simulating motions of such systems is essential to better understand their physicochemical properties and biological functions. These methods are also of key importance for advances in application areas such as health (e.g. drug design), biotechnology (e.g. engineered enzymes for bio-catalysis) or nanotechnologies (e.g. nucleic acid-based nano-devices).Algorithmics de mouvement est une partie fondamentale de la robotique. Il traite de l'élaboration de méthodes pour calculer, simuler et analyser les mouvements des systèmes physiques tels que les mécanismes articulés ou des robots mobiles. Néanmoins, ces méthodes peuvent être appliquées à d'autres problèmes au-delà de la robotique. En effet, une partie importante de mes activités sont axées sur la recherche interdisciplinaire dans les domaines de la bioinformatique et des matériaux de structure science. Mes principales contributions concernent méthodologique algorithmes de planification de mouvement et de simulation pour les systèmes complexes. Complexité dans ce contexte concerne principalement haute dimensionnalité avec plusieurs types de contraintes de mouvement, étant fermeture de boucle cinématique une classe importante d'entre eux. Je ai également étudié les variantes d'algorithmes de planification de mouvement par échantillonnage capables de fournir des solutions de bonne qualité quand une fonction de coût est définie sur l'espace à l'étude. Les mises en œuvre de ces algorithmes parallèles ont également été étudiés. En robotique, ma recherche a principalement été axée sur les problèmes liés à la manipulation dans le cadre de plusieurs projets européens. Plus récemment, je ai commencé à mener des recherches sur la robotique aérienne. Planification de mouvements pour les robots aériens implique des difficultés supplémentaires par rapport à d'autres classes de robots tels que les robots manipulateurs ou à roues simples. Considérant qu'une approche purement géométrique est adapté pour les motions de planification d'autres types de systèmes qui sont plus facilement contrôlables, robots aériennes exigent de considérer la dynamique afin d'assurer la faisabilité de la trajectoire prévue. La bioinformatique et la science des matériaux structurels sont des zones très intéressantes pour le développement de méthodes car elles impliquent des problèmes extrêmement difficiles liés au mouvement. Sans doute, des macromolécules biologiques (comme les protéines ou ARN) et les polymères, à l'échelle atomique, peut être considéré comme les systèmes mobiles extrêmement complexes. Le développement de méthodes de modélisation / simulation des mouvements de ces systèmes est essentielle pour mieux comprendre leurs propriétés physico-chimiques et les fonctions biologiques. Ces méthodes sont également d'une importance clé pour les progrès dans des domaines d'application tels que la santé (par exemple, de la conception de médicaments), la biotechnologie (par exemple enzymes conçus pour biocatalyse) ou les nanotechnologies (par exemple les nano-dispositifs à base d'acide nucléique)