Comment les meilleurs chercheurs attirent les entreprises internationales en Suisse

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Pour un projet de recherche de l’ETH Zurich avec Microsoft, des personnes
Pour un projet de recherche de l’ETH Zurich avec Microsoft, des personnes portant des lunettes de réalité mixte et des téléphones portables ont parcouru le bâtiment principal. (Image : ETH Zurich / Microsoft)
Grâce à son excellente réputation, l’ETH attire des chercheurs de pointe du monde entier. Cela attire à son tour des entreprises internationales comme Microsoft à Zurich.

Un groupe de jeunes gens traverse le hall d’accueil du bâtiment principal de l’EPFZ en se croisant. Ils portent des lunettes à l’allure futuriste. Ce qui ressemble à un gadget a un arrière-plan scientifique : les personnes qui se promènent sont des étudiants et mesurent l’espace avec leurs lunettes de données. Ainsi, cet espace pourra un jour être "joué" avec des hologrammes - et abolir les frontières entre le monde réel et le monde virtuel. Les différentes caméras fixées sur les lunettes collectent des points de repère visuels qui servent de référence - et qui seront toujours reconnus à l’avenir, quel que soit l’endroit où l’on se trouve dans la pièce.

Marc Pollefeys, professeur d’informatique à l’EPF de Zurich, est chez lui dans ce monde futuriste. Un monde appelé réalité mixte qui, le professeur en est convaincu, fera partie du quotidien de nombreuses personnes dans quelques années. Pollefeys mène des recherches sur la manière de combiner ces deux mondes, le réel et le virtuel, de la manière la plus transparente possible.

C’est grâce à ce professeur de l’ETH que Microsoft étudie aujourd’hui les réalités étendues et l’intelligence artificielle (IA) à Zurich. Pendant un congé sabbatique aux États-Unis, Pollefeys avait aidé le groupe technologique à développer les lunettes de réalité mixte HoloLens 2. Lorsque l’informaticien belge est retourné à son poste de professeur à Zurich après deux ans, Microsoft n’a pas voulu renoncer à son travail et a fondé en 2018, avec l’ETH comme partenaire, le Microsoft Mixed Reality & AI Lab à Zurich. Outre ses activités d’enseignement et de recherche à l’ETH, Pollefeys dirige aujourd’hui ce centre.

Domaine de recherche : vision par ordinateur

Marc Pollefeys a été professeur assistant à l’Université de Caroline du Nord pendant trois ans avant de venir enseigner à Zurich en 2007 - une décision facile pour lui. "L’ETH dispose d’excellents collaborateurs dans tous les domaines de recherche, pas seulement dans le mien. C’était très important pour moi dans la perspective d’une éventuelle collaboration. Et aussi pour attirer d’autres collègues talentueux". Pollefeys n’a pas été déçu : "Je peux réaliser de nombreux projets communs passionnants à l’ETH - sur un pied d’égalité avec d’autres excellents chercheurs".

Dès le début, Pollefeys s’est consacré à la vision par ordinateur, un domaine de l’IA. La vision par ordinateur entraîne les ordinateurs à saisir et à interpréter des informations à partir de données vidéo et d’images. L’objectif est de créer, à l’aide de modèles d’apprentissage automatique, des systèmes numériques capables de traiter, d’analyser et de comprendre des données visuelles comme le font les humains.

Un système entraîné à la surveillance d’installations de production, par exemple, peut contrôler des milliers de produits ou de processus par minute et détecter des défauts ou des problèmes que l’homme ne peut guère détecter. La vision par ordinateur est utilisée dans différents secteurs, de l’énergie et des services publics à l’industrie manufacturière et automobile.

Nouvelles possibilités d’application

La combinaison de la vision par ordinateur et de la réalité mixte, dans laquelle notre perception naturelle est complétée par une perception artificielle, permet de créer des environnements entièrement nouveaux pour les utilisateurs. Il en résulte des possibilités d’application innovantes et sûres.

Cela est possible grâce à des lunettes de réalité mixte comme les HoloLens. Elles sont équipées de différents capteurs et caméras qui permettent par exemple de suivre les mouvements des yeux, de reconnaître les gestes, les objets et la parole. En outre, les espaces sont saisis en trois dimensions afin de pouvoir calculer la position et l’emplacement des objets dans ces espaces. C’est la base pour créer des objets numériques en 3D dans HoloLens.

Avec de telles lunettes, il est par exemple possible de visualiser directement sur place des schémas électriques ou un plan de construction numérique d’un objet ou d’un bâtiment. "En superposant le plan virtuel à la réalité, il est possible d’effectuer des tâches sans avoir à regarder un plan au préalable", explique Pollefeys. Mais la réalité mixte peut aussi aider à former le personnel médical à des opérations délicates. Elle peut également permettre à des robots d’effectuer des tâches dangereuses, car de simples gestes de la main permettent de les commander à distance avec l’HoloLens.

Des instructions en temps réel

Dans le contexte de l’automatisation, de l’Internet des objets (IoT) ainsi que de la pénurie générale de main-d’œuvre qualifiée, l’industrie est tributaire de nouvelles approches de solutions, explique Pollefeys : "Il faut des collaborateurs qui soient plus flexibles et qui puissent effectuer de nombreuses tâches différentes".

Des erreurs de manipulation, des applications incorrectes ou des erreurs de maintenance pourraient coûter cher à une entreprise et s’avérer dangereuses pour les collaborateurs. Avec la réalité mixte, les utilisateurs reçoivent des informations numériques pertinentes au bon moment et dans le bon contexte. Par exemple, lorsqu’un professionnel se trouve devant une machine, des flèches et autres symboles peuvent le guider pas à pas dans une tâche exigeante ou nouvelle. Ou bien la personne peut avoir un aperçu des données d’état en direct de la machine grâce à l’affichage de capteurs IoT. Contrairement à la réalité virtuelle, où l’on est complètement immergé dans un monde créé artificiellement, la réalité mixte permet de continuer à voir l’environnement réel, tandis que des hologrammes 3D s’affichent dans le champ de vision des utilisateurs.

Recherche, enseignement et application

En tant que directeur du Mixed Reality & AI Zurich Lab et responsable de la recherche chez Microsoft, Pollefeys dirige en Suisse une équipe de 25 scientifiques et ingénieurs. S’y ajoute un collaborateur à Prague - et 15 autres au siège principal à Redmond (USA). "Je suis fier d’avoir réussi à mettre sur pied une équipe bien mélangée, dotée de connaissances spécialisées de premier ordre et de grands talents", déclare Pollefeys. "C’est nécessaire, car nous travaillons sur une technologie d’avenir dont nous ne savons pas encore exactement ce dont nous avons besoin et comment la construire". Selon lui, la technologie évolue rapidement et exige une grande flexibilité de la part de son équipe.

Pollefeys est employé à 50 % à l’EPFZ et à 50 % chez Microsoft. Il travaille, fait de la recherche et enseigne - réparti en différentes demi-journées et journées - sur deux sites différents et change de bureau à chaque fois. "Cela me permet d’organiser les différentes tâches de manière plus simple et plus structurée".

Lorsque la recherche de solutions pour une application spécifique de réalité mixte est délicate, il ne travaille qu’avec des collaborateurs de Microsoft, explique Pollefeys. Mais une séparation stricte entre l’université et le groupe technologique n’a que très rarement un sens : "S’il s’agit d’un problème fondamental qui nécessite une solution générale et qu’il a un caractère de recherche fondamentale, alors nous travaillons avec l’EPF et Microsoft".

Parfois, l’informaticien tombe sur un problème dans le cadre de son travail chez Microsoft, qu’il intègre alors pleinement dans l’enseignement et la recherche à l’EPF. "C’est généralement très passionnant pour les étudiants - et motivant, car ils savent qu’il s’agit d’un problème réel issu de la pratique".

Que ce soit dans le cadre de son engagement chez Microsoft ou à l’ETH Zurich, les résultats de la recherche sont publiés et les codes partagés chaque fois que cela est possible. Il collabore également avec d’autres entreprises, souligne Pollefeys. "En tant que chercheur, il est important pour moi de pouvoir garder un terrain neutre". Sa chaire a par exemple donné naissance à un algorithme clé qui a servi de base à la fonction de navigation Google Live View, aujourd’hui utilisée dans le monde entier.

Une situation gagnant-gagnant pour tous

Grâce à la collaboration avec l’ETH, Microsoft obtient un aperçu approfondi du domaine de recherche - et peut ainsi produire plus d’innovation. En tant qu’équipe de produits d’une entreprise, on évolue dans des liens plus étroits et on a moins de temps pour essayer de nouvelles choses, explique Pollefeys. La coopération avec l’ETH aide Microsoft à trouver de nouvelles approches et solutions.

C’est ce que confirme Marc Holitscher, National Technology Officer chez Microsoft Switzerland. "Notre collaboration avec l’ETH, et en particulier avec Marc Pollefeys, a déjà donné des résultats exceptionnels qui font avancer l’innovation dans différents secteurs et contribuent à la position de la Suisse en tant que leader technologique mondial", explique Holitscher. "Ensemble, nous continuerons à repousser les limites du possible et à utiliser la recherche de pointe, les talents et la technologie pour relever certains des défis les plus urgents du monde".

Mais la collaboration avec l’industrie est également un atout pour l’enseignement supérieur, souligne Pollefeys : "Tant les ingénieurs de Microsoft que nous, les professeurs, faisons part aux étudiants des problèmes et des idées actuels et leur offrent d’une part des possibilités passionnantes sur lesquelles ils peuvent travailler, et d’autre part, ils peuvent également tester des idées et découvrir de nouvelles techniques appliquées".

La collaboration entre l’université et le groupe technologique international est bénéfique pour toutes les parties : "Travailler avec les étudiants sur une question, les laisser explorer comment une nouvelle technique pourrait être utilisée pour résoudre un problème particulier est intéressant à la fois pour les étudiants et pour les développeurs de produits. Et les étudiants sont encadrés par une personne compétente qui a une grande connaissance du produit et de l’expérience et qui sait pourquoi une certaine étape pourrait être pertinente".

L’ETH profite également du fait que les professeurs ont des connaissances de base et une compréhension de l’industrie, souligne Pollefeys. "Mon travail chez Microsoft me donne un aperçu précieux de la prise de décision et de la manière dont les processus se déroulent dans une grande entreprise. Cela aide à voir l’ensemble du développement technologique dans un contexte plus large".

Enfin, les projets communs servent aussi à la mise en réseau au sein de l’ETH, comme Pollefeys l’avait imaginé en prenant son poste de professeur à Zurich. Ainsi, il travaille actuellement avec sa collègue Siyu Tang sur une nouvelle méthode de génération de données à partir d’avatars autonomes. "En utilisant les HoloLens sur ces personnages virtuels, nous pouvons

Nous obtenons beaucoup plus facilement les données dont nous avons besoin pour entraîner et tester les algorithmes que si nous parcourons et mesurons les pièces nous-mêmes avec HoloLens".

À propos de la personne

Marc Pollefeys est professeur au département d’informatique de l’ETH Zurich. Il dirige en outre le Microsoft Mixed Reality & AI Lab à Zurich.

Ce texte est paru dans le numéro 24/02 du magazine Globe de l’EPFZ.

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Corinne Landolt