La simulation modélise le comportement des robots dans un environnement virtuel. Elle utilise des moteurs physiques pour calculer les mouvements, les collisions et les réactions des objets aux forces en jeu. Les ingénieurs testent les algorithmes de contrôle, les plans de mouvement et les stratégies d'apprentissage automatique en simulation avant de les exécuter sur du matériel réel.

La simulation permet de gagner du temps et de l'argent. Un robot qui tombe en panne en simulation ne coûte rien. En revanche, une panne réelle engendre des coûts et une interruption de service. La simulation permet également aux ingénieurs de tester des scénarios trop dangereux ou trop rares pour être reproduits en conditions réelles : une panne de capteur, la présence d'un humain sur le chemin du robot, une coupure de courant. Ils peuvent ainsi exécuter des milliers de tests en parallèle sur un cluster.

Outils de simulation

• Gazebo : logiciel libre, intégration ROS.
• MuJoCo : physique rapide, apprentissage par renforcement.
• Isaac Sim : NVIDIA, accélération GPU, photoréalisme.
• PyBullet : Python, facile à utiliser, recherche.
• Webots : éducatif, multiplateforme.

La principale limite réside dans l'écart entre la simulation et la réalité. La simulation n'est jamais parfaite. Les modèles de frottement sont approximatifs. Le bruit des capteurs est simplifié. La dynamique des contacts est difficile à simuler avec précision. Une stratégie efficace en simulation peut échouer sur le matériel. Les ingénieurs utilisent la randomisation du domaine pour rendre les stratégies robustes. Ils randomisent la masse, le frottement, le bruit des capteurs et l'éclairage pendant l'apprentissage. Le monde réel devient alors une simple variation. Certains systèmes utilisent l'identification du système pour ajuster la simulation au robot réel. D'autres utilisent l'apprentissage résiduel, où le robot réel corrige les erreurs de la simulation. La simulation ne remplace pas les tests en conditions réelles. C'est un filtre qui détecte la plupart des problèmes avant qu'ils n'atteignent le matériel. Ce sont les problèmes restants qui importent.