« Cocktails & rêves » made in IUT !

Théo Franchini, Tristan Gentet, Anatole Journet et Paul Mercier, qui viennent d’obtenir leur DUT GEII, ont accepté la mission proposée par Éric Chrétien, leur enseignant¹ référent. Plutôt que de faire travailler les étudiants sur des systèmes industriels classiques, Éric Chrétien leur propose des projets originaux : les années précédentes, il y a notamment eu une cafetière connectée à un smartphone ou un robot-tondeuse ! « Aujourd’hui, on cherche à tout connecter. Je choisis donc des objets de la vie quotidienne auxquels ajouter de l’« intelligence ». Les problématiques peuvent ainsi être plus attractives, plus sympathiques ». Voire insolites, comme la machine à cocktails connectée mise au point par les quatre étudiants !

Tristan, Anatole, Paul et Théo ont choisi ce projet parce qu'il était surprenant et original mais aussi « parce qu'il partait de zéro, souligne Paul, alors que d’autres consistaient en l’amélioration d’un projet existant. Là, il fallait tout construire. » Une telle machine, mais dotée par exemple d’un bras robotisé, existe déjà dans des hôtels ou bars de luxe mais à des prix rédhibitoires. « Notre projet, souligne avec modestie Tristan, consistait à réaliser une machine à cocktails automatisée qui, en fonction de la demande du client, réalise une recette de cocktail en déversant dans un verre plusieurs doses de différentes boissons : jus de fruits, sirops, sodas, eau… ».

Anatomie d’une machine à cocktails connectée

Translation horizontale et verticale, dimensionnement des moteurs et structure, interface homme machine (IHM), ça a l’air simple comme ça ! Mais la machine, il a fallu la créer, fabriquer sa structure, réfléchir à ses tâches et la programmer. Théo explique son fonctionnement : « il faut tout d’abord placer le verre sur le plateau. Puis, grâce à l’interface homme-machine, ici une tablette, l’utilisateur peut choisir son cocktail. Grâce à un système de motorisation et d’une vis sans fin, le plateau se déplace horizontalement pour se diriger sous les bouteilles de boissons nécessaires au cocktail. Lorsque le plateau sur lequel est posé le verre est sous la bouteille, un nouveau système de motorisation intervient pour élever le verre au niveau du bec doseur de la bouteille qui verse alors la quantité de boisson commandée. Une fois tous les ingrédients ajoutés, le plateau revient à sa position initiale et l’utilisateur peut déguster son cocktail. »

Pour la structure, ils ont utilisé un support bouteilles de type bar avec des becs doseurs. Pour la translation horizontale, c’est-à-dire, à partir d’une position initiale, le déplacement du verre de bouteille en bouteille et son arrêt sous l’une ou l’autre selon la recette, les étudiants avaient pour contrainte d’utiliser une vis sans fin pour le support du verre. Pour que ce mouvement horizontal s’effectue, ils ont choisi d’utiliser quatre capteurs inductifs (sans toucher, par détection de champ magnétique), un capteur sous chaque bouteille : dès qu’une pièce métallique - ici le chariot qui se déplace horizontalement - passe devant le capteur, celui-ci la détecte. Il agit un peu comme un interrupteur, mais seulement avec du métal : « le capteur produit un champ électromagnétique sortant de la face active du capteur. Un objet s’approchant du capteur provoque l’induction de courants de Foucault. Il y a alors un changement de variation de tension. L’avantage de ce type de capteurs, poursuit Paul, est qu’ils sont recouverts de résine étanche, un atout pour notre projet. »
Pour la translation verticale, les quatre étudiants avaient pour contrainte d’utiliser une vis sans fin verticale. « Ce système, détaille Anatole, est composé d’un tube carré servant à contenir et maintenir une tige filetée, et à guider le plateau élévateur, lui-même servant au déplacement vertical du verre, la tige filetée permettant l’ascension et la descente du plateau. » Ils ont également utilisé des capteurs mécaniques. Lorsqu’il y a contact avec l’organe de la commande, une ouverture ou une fermeture d’un contact électrique se produit.
Et pour que le verre, ou plutôt son support, se déplace tout seul, un système de motorisation a été mis en place, les deux moteurs, horizontal et vertical, devant être commandés via un automate : « la motorisation de la translation horizontale est effectuée par un moteur à courant continu, celle de la translation horizontale par un moteur pas à pas. »

L’interface homme-machine (IHM)

« L’IHM est stockée dans l’automate, explique Tristan. Cette interface est affichée et lue grâce à une tablette qui permet ensuite de commander. On aurait pu utiliser aussi un ordinateur ou un smartphone. Il suffit que l’appareil soit connecté au même réseau que l’automate. »
Pour l’interface homme-machine, c’est-à-dire ce qui permet de piloter le système, plusieurs solutions techniques étaient possibles, comme le précise Tristan : « On aurait pu utiliser une IHM physique, avec boutons écran ou une interface tactile propre à l’automate, mais dans les deux cas l’utilisation à distance n’est pas possible. Nous avons donc opté pour l’application « Wago Web Visu », qui permet d’avoir une visualisation du système depuis n’importe quel appareil mobile Android ou iOS, ou même depuis un navigateur web. L’application est intégrée à l’automate d’un serveur web où est logée la visualisation. Il est donc nécessaire de connecter l’automate à un réseau, par exemple un routeur wifi, pour accéder à la visualisation. A l’IHM sont intégrées la taille du verre - pour éviter les débordements -, les recettes de cocktails, mais aussi un retour d’information sur le système, par exemple « préparation de la boisson en cours » ou « appareil prêt à être utilisé », etc. »
L’interface permet aussi la gestion des stocks puisque la machine prend en compte le nombre de doses utilisées : « quand on installe une bouteille sur son emplacement, on en inscrit le volume, poursuit l’étudiant. A chaque fois qu’on lance une recette, les doses utilisées seront déduites des stocks. »

Développer pour apprendre

Ce projet a permis aux quatre étudiants d'appliquer les connaissances acquises en cours dans les domaines de l’électronique, de l’électrotechnique et des langages de programmation pour automate Ladder et Grafcet. Ils ont aussi développé des compétences dans le domaine des réseaux, comme le souligne Tristan : « l'automate est relié à l'alimentation, à la machine. Mais la commande de l'automate se fait sans fil, donc par le wifi. Il a donc fallu mettre en place un routeur ». Ils ont eu également l'occasion de mettre en application des connaissances acquises au lycée comme la conception assistée par ordinateur (CAO) : Anatole a par exemple créé des pièces en plastique qui ont ensuite été imprimées en 3D.
Du côté des compétences transversales, cette machine à cocktails connectée a nécessité de maîtriser la gestion de projet, le travail en équipe, la répartition et la planification des tâches - par exemple avec un diagramme de Gantt -, la rédaction de rapports préliminaire et final, une première présentation publique lors de la Journée portes ouvertes (JPO), la préparation de la soutenance de projet, le grand oral...

Ce prototype pourrait connaître une phase active d'amélioration et de personnalisation, mais on ne révèlera pas les préconisations des étudiants car, qui sait, cette machine pourrait bien connaître le même succès que le célèbre robot culinaire cuiseur et multifonctions que tous les fans de cuisine s’arrachent !

¹ Éric Chrétien est professeur agrégé en Sciences industrielles de l’ingénieur (SII) et ingénierie électrique