Exercice Sous-partie 1 - Q1.2 à Q1.6 - Transmission de l'i… · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole 1 remplacement 2022

Sous-partie 1 – obligatoire

Partie 1 - Sciences de l'ingénieur

Mise en situation

Le robot d'assistance opérationnelle Colossus (figure 1) est un robot de soutien technique polyvalent destiné à intervenir dans les zones à risque aux côtés des sapeurs-pompiers.

Figure 1: le robot Colossus en intervention

Figure 2: exemple de configuration du robot Colossus

Grâce à sa plateforme à chenilles offrant des capacités de franchissement exceptionnelles et à un canon à eau motorisé ultra-puissant (figure 2), le robot Colossus est capable d'éteindre un feu à distance.

Il est facilement pilotable avec sa caméra et son système d'éclairage puissant à l'avant.

Sa plateforme modulable associée à un large choix d'équipements optionnels permet d'assister les pompiers dans une grande variété de missions en limitant l'exposition aux risques des personnes (figure 3).

Figure 3: plateforme modulable Colossus

La modularité (figure 4) est assurée par:

un large choix d'équipements pour s'adapter au besoin d'intervention;

un système de fixation réglable sur rail et sans outil de l'ensemble des équipements.

Figure 4: exemples d'équipements optionnels Colossus

Le robot Colossus d'assistance opérationnelle a été utilisé lors de l'incendie de la cathédrale Notre-Dame de Paris pour éteindre les flammes, au moment où la flèche menaçait de s'effondrer. Les pompiers de Paris ont fait intervenir ce robot afin d'éteindre le feu et de faire baisser la température à l'intérieur de la nef (figure 5).

Le robot Colossus de Shark Robotics bénéficie du retour d'expérience de la Brigade des Sapeurs-Pompiers de Paris (BSPP).

Figure 5: le robot Colossus lors de l'incendie de Notre-Dame de Paris - 15 et 16 avril 2019

Créé en 2016, Shark Robotics est le spécialiste français de la robotique terrestre. Grâce à son savoir-faire de pointe, cette entreprise conçoit et fabrique en France, à La Rochelle, des robots haut de gamme conjuguant puissance, fiabilité et robustesse.

Son expertise en robotique et en mécanique de précision lui permet de proposer à la fois des robots dits « catalogue » et des robots sur-mesure répondant aux besoins spécifiques de ses clients (figure 6). Shark Robotics intervient notamment dans les domaines de la sécurité, de la défense, de l'industrie, de l'énergie et du nucléaire.

Figure 6: la gamme de robots Shark

Ce sujet vise à vérifier les performances actuelles du robot Colossus, pour les comparer avec les attendus du cahier des charges.

Les principales caractéristiques techniques annoncées par le constructeur de la dernière évolution de ce robot configuré avec le canon à eau et la tourelle vidéo (figure 7) sont données sur le diagramme partiel des exigences (figure 8).

Figure 7: Colossus version canon à eau + tourelle vidéo

Il faut s'assurer que les caractéristiques du robot Colossus sont conformes aux attentes:

fiabilité des échanges d'informations entre les sapeurs-pompiers et le robot;

capacités de déplacement en milieu difficile;

portée du canon à eau.

Les trois sous-parties visent à s'assurer de la réponse donnée à ces besoins.

Figure 8: diagramme partiel des exigences du robot Colossus avec canon à eau et tourelle vidéo

Pour que la vidéo soit fluide, le débit d'informations échangées doit être limité à un débit maximum de 3 Mo·s⁻¹. La caméra thermique enregistre des images de 1 024 x 768 pixels (). L'image transmise vers la station de contrôle est compressée avec un ratio de compression de 20:1. Le rafraîchissement est de 25 images par seconde. Chaque pixel est codé en rouge-vert-bleu sur trois octets (16 millions de couleurs). Pour rappel, 1 ko = 1024 octets.

Q1.2

Pour s'assurer de la qualité des échanges d'informations à grande distance, il faut que les pertes de propagation liées à la transmission sans fil soient inférieures à 120 dB à une distance maximale de 500 m. La transmission sans fil du robot Colossus fonctionne à des fréquences au choix de 2 450 MHz ou de 5 200 MHz ().

La perte de propagation d'une transmission sans fil dans l'air peut s'exprimer à partir de la relation simplifiée suivante: $$Pertes\ propagation\ (dB) = 32{,}45 + 20\log[fr\acute{e}quence\ (MHz)] + 20\log[distance\ (km)]$$

Q1.3

Pour garantir l'intégrité des données transmises entre le robot Colossus à la station de contrôle, il faut également être en capacité de détecter les erreurs de transmission et d'assurer une correction automatique en utilisant au maximum 30 % des données transmises. L'exemple étudié correspond à l'information liée à l'autonomie restante. Lorsque celle-ci est de 3 heures 27 minutes, le message transmis est sous le format de cinq caractères: 3h27m. Ces caractères sont codés en code ASCII ().

Pour garantir l'intégrité de ces données, un premier mécanisme logique de correction des erreurs est mis en œuvre pour chaque caractère: le contrôle de parité verticale (VRC), qui ajoute un bit de parité aux 7 bits de données de telle sorte que le nombre total de bits à 1 soit pair. Un second mécanisme, le contrôle de parité de bloc (LRC), ajoute un octet composé de bits à 1 si le nombre de bits de même rang est impair, de bits à 0 dans le cas contraire ().

Q1.4 – DR1

Q1.5 – DR1

Q1.6