Thymio

Thymio II

Développeur	EPFL, ECAL
Fabricant	Mobsya
Présentation	7 mai 2011

Fonctions

Type	Robot
Capteurs	Capteurs infrarouges, capteurs tactiles, capteur sonore, capteur de température

Caractéristiques

Autonomie	3 à 5 heures
Compatibilité	LEGO

Mesures

Dimensions	Longueur 11 cm, largeur 11,2 cm, hauteur 5,3 cm
Masse	265 à 270 grammes

Thymio II est un robot éducatif open source qui a été créé à l'école polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) en collaboration avec l'école cantonale d'art de Lausanne (ECAL) et actuellement produit par l'association Mobsya^[1].

Le projet Thymio a pour objectif de rendre la découverte de l'informatique et de la technologie accessible à un large public en particulier les enfants^[2] tout en encourageant leur créativité et ayant un prix abordable. C'est le cas en Suisse où ce robot est utilisé dans les écoles publiques en lien avec l'éducation numérique^[3] prévue dans le PER ainsi qu'en France^[4].

Chaque Thymio II est utilisable de suite à l'aide de six préréglages^[5] ou peut être programmé.

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 »)^[6].

C'est en 2006^[7], 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^[6],[8].

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.

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.

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],[17], souvent sans indication d'un nombre, même lors d'améliorations, comme des mises à jour ou de nouveaux capteurs. Par exemple, Wireless Thymio^[18] 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]).

L'utilisation de robots dans l'apprentissage peut être bénéfique et apporter de nouvelles manières d'aborder certains sujets^[19]. Thymio II est un robot accessible à tous les âges : chez les jeunes enfants en utilisant les six comportements de base, comme chez les plus grands en le programmant.

L'utilisation de Thymio en tant que robot manipulable et ayant un fonctionnement visuels et sonores, permet de favoriser les apprentissages^[20]. Par exemple, l'apprenant comprend très vite s'il a réussi ou non à allumer Thymio.

D'un autre côté, puisque Thymio peut être programmé à l'aide de différents langages de programmation, il est aussi possible d'avoir une progression dans ce domaine. Par exemple, en apprenant à le programmer à l'aide de Scratch avant de le faire avec Python.

Travailler avec un robot n'enseigne pas que la robotique et sera souvent lié à d'autres apprentissages comme les mathématiques, la mise en projet, les sciences, la collaboration, la communication, la pensée computationnelle, la créativité, la programmation, la musique, etc.^[20],[21].

En Suisse romande^[22], l'éducation numérique est entièrement intégrée au plan d'études romand (PER) en 2024^[23], suite à plusieurs années de réflexion, projet pilot et de mise en place^[3]. Ce thème succède à la thématique d'éducation aux médias dite "MITIC" (Média, Image, Technologies de l'Information et de la Communication). L'éducation numérique du PER s'organise en trois axes d'apprentissage : les médias, la science informatique ainsi que les usages. L'utilisation de robots pédagogiques est alors mentionnée dans ces deux derniers axes que ce soit pour apprendre à les utiliser ou à les programmer.

Dans le canton de Vaud, Thymio peut être présent dès les premières années scolaires (4-8 ans) en utilisant les six préréglages déjà présents.

La première étape est la découverte du robot, l'observer et apprendre à l'utiliser. Cela permet ensuite de réfléchir aux différences entre un robot et un être vivant. Le robot peut aussi être comparé à un automate, généralement Bee-Bot/Blue-Bot, pour identifier les différences entre les machines.

Le moyen d'enseignement vaudois <DÉ>CODAGE (manuel pour l'éducation numérique) nomme spécifiquement le robot Thymio, par exemple, dans le scénario sur le thème de la robotique en 3^e et 4^e années scolaires (7-8 ans)^[24]. Lors de ces années, les élèves vont commencer à apprendre la programmation, mais celle de Thymio arrivera chez les élèves plus âgés.

Outre la programmation, certains apprentis de l’École technique - École des métiers de Lausanne (ETML) ont pu participer au processus de construction du robot en apprendre à gérer les stocks/la marchandise, le réparer, l'adapter et produire les 500 Thymio II ayant le label "Thymio@ETML"^[25].

Thymio est aussi présent dans les classes françaises^[21].

• Lego Mindstorms
• Bee-Bot / Blue-Bot
• NAO

• Site web officiel de Thymio II
• Centre d'assistance pour Thymio
• Désassemblage Thymio II (avec photos)
• Vidéo : "Thymio, le robot éducatif"
• Un des langages de programmation : Blockly4Thymio.net

• 24 heures [1],
• 24 heures [2],
• Le Temps [3],
• Le Temps [4],
• 20 minutes [5], [6]
• Bulletin de la SENS: Thymio pour l'introduction de robots à l'école

• A Programming Workshop using the Robot "Thymio II": The Effect on the Understanding by Children. Stéphane Magnenat, Fanny Riedo, Michael Bonani, and Francesco Mondada. In IEEE International Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts (ARSO), IEEE Press, pages 24–29, Munich, Germany, May 21–23, 2012, DOI: 10.1109/ARSO.2012.6213393.
• Thymio II, a Robot That Grows Wiser with Children. Fanny Riedo, Morgane Chevalier, Stéphane Magnenat, and Francesco Mondada. In IEEE Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts (ARSO), IEEE Press, pages 187–193, Tokyo, Japan, November 7–9, 2013, DOI: 10.1109/ARSO.2013.6705527.

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