Pour répondre aux enjeux de l’urbanisation croissante du monde et de la transition énergétique et environnementale, les mobilités de demain seront multimodales, à la demande, partagées, en grande partie autonomes et fortement connectées, à propulsion électrique pour une part significative, à faible impact environnemental. De nombreux défis technologiques, scientifiques, économiques, juridiques, d’usage, devront être relevés avant leur déploiement opérationnel à grande échelle à l’horizon 2030.
La résolution de ces défis appelle les contributions et compétences d’une multiplicité d’acteurs que sont les fournisseurs de véhicules (automobiles, bus, tramway, trains, etc.), les fournisseurs de technologies (numérique, batteries, matériaux, infrastructures, etc.), les opérateurs de mobilité (privés, publics), les compagnies d’assurance, associées à celles de laboratoires de recherche académique et de start-up du domaine, très nombreuses et dynamiques.
Les innovations qui donneront naissance à la mobilité de demain et aux nouveaux usages proviendront pour une part significative de l’interaction entre les différents acteurs de cet écosystème, interaction qui prendra notamment la forme de travaux de R&D, dont la couverture s’étend depuis la recherche amont en modélisation des mobilités, en science des données et outils d’optimisation et de recherche opérationnelle, jusqu’au développement et l’intégration des technologies dans des systèmes de plus en plus complexes. Par exemple, la sécurité et la sûreté de la mobilité de demain devra proposer des gains significatifs par rapport à l’état de l’art actuel, ce qui nécessitera des travaux de R&D associant approche scientifique et technologies de pointe, articulés avec les dimensions éthiques et juridiques.
Les Instituts de Recherche Technologique (IRT) créés en 2012 dans le cadre des Investissements d’Avenir présentent la caractéristique d’associer la recherche de nature académique avec le développement et le transfert technologique propres aux entreprises, principalement en mode multilatéral, depuis la start-up jusqu’à la grande entreprise, en passant par l’ETI et la PME, de manière à maximiser les interactions et l’impact de compétitivité.
Pour les pouvoirs publics, autorités organisatrices et financeurs des infrastructures, être associé aux travaux de R&D des IRT regroupant ses partenaires, sera un gage d’efficacité des expérimentations sur le terrain, essentielles à l’adaptation et la validation des innovations pour les territoires concernés.
C’est ainsi qu’en tant que passerelle entre les différentes composantes de l’écosystème de la mobilité de demain et le monde des sciences et des technologies, les IRT occupent une place essentielle pour contribuer à l’invention et au déploiement de nouvelles solutions pour une mobilité propre et durable, flexible, et capable d’accompagner la croissance des besoins des acteurs socio-économiques, que ce soit les citoyens ou les entreprises.
La mobilité partagée, connectée et bientôt autonome se construit autour de la coopération de systèmes d’information disparates opérés par des acteurs multiples grâce à l’hyperconnectivité de ses composantes (du smartphone aux moyens de transport eux-mêmes). La protection de ces systèmes d’information, des données qu’ils véhiculent et des services qu’ils offrent nécessite des arbitrages complexes entre la facilité d’usage, le coût et les gains attendus pour la sécurité, la sûreté de fonctionnement, le respect d’un droit numérique en évolution permanente et la compréhension et l’anticipation du marché et de ses acteurs. Trois axes complémentaires sont à privilégier dans une approche globale et interdisciplinaire — sciences mathématiques et informatiques, sciences économiques, sociales et du comportement — de la cyber sécurité : la protection des acteurs (industriels et utilisateurs finaux), la sécurisation des produits et services et le respect de la vie privée de l’usager.
Une étude de terrain, menée par l’IRT SystemX auprès de TPE/PME victimes de cyber attaques (principalement rançongiciels et « fraudes au président ») a montré un taux d’attaques réussies ainsi qu’un préjudice humain largement sous-estimés. Des grandes entreprises ont vu également certaines de leurs usines ou filiales paralysées par des logiciels malveillants récents et évolutifs pour lesquels les contre-mesures s’avèrent difficiles en environnement contraint. Chaque entreprise devra à l’avenir former ses responsables et ses prestataires au cyber risque, mieux urbaniser ses systèmes d’information pour les rendre plus résistants, faire appel à des services de confiance et s’entraîner régulièrement à la gestion d’une crise cyber.
La correction de la fragilité des systèmes industriels et des services est un sujet de recherche en soi. Les nouveaux produits et services de la mobilité en sont un exemple frappant et ceux-ci devront être sécurisés au plus tôt de leur conception. Les objets dits connectés, directement accessibles aux pirates, devront embarquer de nouvelles briques logicielles et matérielles immunes à des attaques dont l’outillage se partagera assurément. Et leur résilience nécessite de nouvelles approches. Des techniques de protection feront appel à des avancées dans la prévention (veille sur les menaces, analyses massives, simulations sur plateformes dédiées) et à des techniques de prédiction de défaillances par détection de signaux faibles (intelligence artificielle appliquée à la cybersécurité, filtrage et correction en temps réel, systèmes experts pour assister les opérateurs humains). Seule une mutualisation de la supervision et du traitement des incidents sera à même de gérer les nouveaux modes opératoires des attaquants bientôt, eux-mêmes, robotisés par les avancées de l’intelligence artificielle.
La liberté de circulation est garantie par l’article 13 de la Déclaration universelle des droits de l’homme. La protection des données à caractère personnel et le respect de la vie privée sont aussi des droits fondamentaux majeurs dont le nouveau règlement européen sur la protection des données personnelles appuiera les principes centraux de consentement éclairé pour l’usager et de notification aux autorités de contrôle des failles pour les acteurs. Ce règlement, qui entrera en application le 25 mai 2018, introduit le concept du « privacy by design » qui appelle à des travaux de recherche novateurs. Il a été démontré que seules quatre informations spatio-temporelles de géolocalisation permettent d’identifier un individu avec une probabilité supérieure à 95% sur un territoire d’environ 80 000 personnes[1]. De nouvelles voies dont certaines relèvent encore de la recherche fondamentale sont donc à explorer : anonymisation, pseudonymisation, randomisation et protection de données personnelles différentielles. Elles feront appel à des briques technologiques encore peu usitées comme le chiffrement homomorphe, la signature de groupe, la preuve à divulgation nulle de connaissance, la communication anonyme, la recherche chiffrée dans les bases de connaissance. L’IRT SystemX, avec l’aide de ses partenaires, s’engage dans la voie de ces recherches de tout premier plan.
[1] Yves-Alexandre de Montjoye, César A. Hidalgo, Michel Verleysen & Vincent D. Blondel (2013) Unique in the Crowd: The privacy bounds of human mobility, Nature Scientific Reports 3, 1376
Le 6 novembre 2017, j’assiste à la soutenance de la 4è thèse portée par le projet Modélisation – Interopérabilité – Coopération (MIC) de l’IRT SystemX. C’est toujours un bon moment. Il nous fait dérouler le film des événements de cette aventure du thésard au docteur. Pour mon esprit enjoué, c’est aussi l’occasion de se re-questionner sur le développement d’une formation scientifique (i.e. la thèse) au sein d’un projet plus vaste, multipartenaires et multidisciplinaires qui aspirent à transférer des résultats innovants vers des applications d’usage ou de marché. Les quelques lignes ci-dessous développent en tout humilité quelques pensées personnelles vues sous le prisme du pilotage du projet lors de ces 4 dernières années.
Ma thèse en 3D
Avant la réalisation du projet à SystemX, j’avais en tête un cliché de la thèse un peu romantique voire médiéval, de l’étudiant, seul avec une craie faisant face au tableau noir. Non loin de lui, son encadrement académique, le guidant vers la lumière (prophétique ?), en distribuant de temps à autres quelques bons coups de règles. Bref, la vision d’un thésard, disciple d’un laboratoire, d’une communauté scientifique.
La thèse à SystemX, tout en se reposant sur les fondamentaux, démultiplie les dimensions. Du fait de la présence de plusieurs académiques au sein d’un même projet, le thésard SystemX est en général amené à évoluer avec plusieurs communautés scientifiques. Il est aussi en constante relation avec un ou plusieurs industriels. Enfin, son travail est objectivé par le rythme et les livrables attendus du projet. Le thésard évolue dans un environnement à la fois plus dense et plus complexe. Risque ou opportunité ? Pour essayer d’y répondre, essayons de suivre un peu le fil conducteur de l’innovation. Du qualitatif au quantitatif.
L’anti-thèse
Ou comment de grandes innovations sortent du garage ? De nombreuses histoires fascinantes relatent des innovations faites à partir de rien ou très peu. Peut-être juste une craie et un tableau noir. Les Apple, Dyson et consorts sont autant d’exemples. Tiens donc, ils sont quand même assez souvent anglo-saxons. Problèmes de passage à l’échelle ou de financement dites-vous ? Allez Soyons chauvins, citons quand même OVH qui mériterait de devenir le O des GAFAO.
N’oublions toutefois pas que souvent les histoires heureuses prennent du temps, même dans les garages. Certaines innovations évidentes (maintenant) nous apparaissent d’ailleurs bien tardives. Le cas de la valise à roulette est une bonne illustration.
Alors de ces exemples, retenons qu’approches agile et user-centric peuvent inspirer la recherche. Mais comment faire cohabiter la prise de recul nécessaire, le temps de la réflexion scientifique et l’objectif de produire pour le collectif de façon continue ?
Le coup du châpeau
Le maintien de l’équilibre entre la réflexion et la production est une quête permanente. Pour un projet à moyen terme, il repose souvent sur plusieurs actions à court terme. L’application de la méthode des 6 chapeaux peut s’avérer utile. Pour Edward de Bono son créateur, le secret est de séquencer notre pensée : nous pouvons alors nous concentrer sur une chose à la fois et nous empêchons la censure automatique d’éliminer d’emblée des idées qui nous déconcertent : la « pensée latérale » est née.
Les six chapeaux de Bono
L’épreuve de la thèse fait appel à toute la collection des chapeaux. Dans le contexte du projet collaboratif, il me semble utile de faire bénéficier au thésard un environnement déjà organisé. En ce sens, il semble plus aisé d’enclencher les travaux de thèse une fois le projet déjà lancé. Aussi, la thèse est une formation longue durant laquelle peuvent alterner moments d’optimismes et de pessimisme. La co-localisation des équipes à SystemX peut servir d’émulation pour passer les moments de moins bien. Enfin, en donnant sa place au bon moment, avec la bonne intensité, à l’émotion, l’information, la logique et la critique, on peut souvent générer de la créativité.
Autant en emporte Moore
Attardons-nous un peu sur le côté quantitatif. Voici un article récent qui apporte un éclairage intéressant.
De façon synthétique, y est développée la position que les idées innovantes nécessitent plus d’effort à trouver. Le graphe ci-dessous s’en veut l’illustration en exprimant le fait que la part de productivité associé à l’innovation se maintient difficilement alors que le nombre de chercheurs augmente : en doublant tous les 2 ans à l’instar de la loi de Moore. C’est un peu comme le forage d’un puits de pétrole : les premières nappes sont plutôt faciles à récolter, mais cela devient plus difficile à mesure qu’on creuse profond ou loin.
D’un point de vue scientifique, on peut concevoir que repousser les frontières des connaissances nécessitent d’acquérir beaucoup plus de champs d’expertise, et que conséquemment les études sont plus longues et les équipes de recherche sont plus grandes avec la présence de spécialistes. Et tout ceci à un coût (qui grandit). Ah et oui, c’est vrai, rappelons-nous, les anglo-saxons sont plutôt bons à trouver des financements.
Les projets SystemX permettent cette mise en relation de compétences en co-localisant des équipes multi-disciplinaires et en y intégrant notamment des chercheurs et thésards. En bonus, le cofinancement facilite le financement de l’innovation. Alors oui pour cela, l’environnement SystemX est une réelle opportunité pour réaliser une thèse de qualité.
La Saint thèse
Qualitativement, l’innovation peut survenir de l’impulsion ad-hoc d’un nombre restreint d’individus qui savent à la fois prendre du recul et se confronter à l’expérimentation. Quantitativement, il se trouve que pour innover significativement, il faut pouvoir impliquer de plus en plus de spécialistes. Alors, pour nos projets collaboratifs au format SystemX, je paraphrase bien volontiers la formulation de Kant : « La thèse sans projet d’application est inutile, le projet d’application sans la thèse est aveugle ».
Pour tous nos thésards qui sont devenus docteurs, il faut aussi penser à l’après-thèse. Ce n’est pas chose facile de se remobiliser après être devenu un hyper-spécialiste d’un sujet pendant trois ans. Bonne suite à eux !
In 2014, Singapore has launched its Smart Mobility 2030 program, dedicated to “moving towards a more connected and interactive land transport community”. Three years later, many initiatives have been rolled out across the Lion City. Here is a summary of this journey towards e-transport.
The Institute for Research and Technology SystemX@Singapore, which as recently established itself in Singapore, is contributing to this effort by joining the CETRAN (Centre of Excellence for Testing & Research of AVs at NTU) project, aimed at testing and certifying the autonomous vehicles.
Here is the problem statement to be solved: M. Tan lives in an island of 720 km², with a population of 5,6 million inhabitants, meaning a density close to 8,000 people/km², third most dense country in the world after Macau and Monaco. In the meantime, M. Tan and his fellow-citizens have built a 50 years old fast-growing economy (also 3d in the world by GDP/capita), that is likely to attract more and more people in the near future. Among these people are the elderly that will represent a bigger part of the whole population[1]. Altogether it means a confined land, packed with people, many of them with challenging mobility capacities, but most of them, including M. Tan, willing to take advantage of the new technologies enabling faster, easier and more convenient mobility. This is the problem statement Singapore has to face and solve in the coming years, so as many growing megacities. As part of the solution is the Smart Mobility 2030 strategic plan, issued in 2014 by the Singaporean government, providing the multiple keyplayers of this challenge with a roadmap.
Smart Mobility 2030 Strategic Plan
The so-called “Intelligent Transport System (ITS)” encompasses a wide range of solutions such as road networks optimisation, new public transport systems, incident management, as well as safety improvement. This has already led to the launch of the world’s first fully automated underground driverless Mass Rapid Transit line (MRT). E-payment with the Contactless e-Purse Application Standard (CePAS), the Electronic Road Pricing (ERP), or the Electronic Parking System (EPS) have also been instrumental in optimising people and vehicles’ traffic, hence reducing congestion.
As for the future, connectivity and interactivity are keys to success. The travel experience will be composed of real-time information on-the-move, shared within the community, and beneficial for diverse groups of users including the elderly, the mobility-challenged, and the cyclists[2].
The Smart Mobility 2030 roadmap relies on three strategies and four focal areas:
LTA
1st strategy: Implement innovative and sustainable smart mobility solutions
Cost-effective solutions for diverse transport users and use of big data analytics to facilitate travel planning and management
2d strategy: Develop and adopt ITS standards
Need for accurate, shared, reliable, transport data, together with homogenised standards and protocols for ensuring inter-operability.
3d strategy: Establish close partnerships and co-creation
Foster public and private collaborations. Leverage on each other’s expertise and skills.
To implement these strategies are the four focal areas:
Informative: Information on-the-go will become a “must have”, for a more mobile and more connected population. Data collection will rely on location systems (Global Navigation Satellite Systems), high definition video capture, as well as other means of sensor collection. Sensor deployment will have to minimize infrastructure impact while maximising data collection. Smart processing and algorithms will be key in facilitating the downstream data analysis. This huge amount of data will require appropriate technologies to manage big data and clear visualisation tools. Formats, interfaces, and protocols, will need to be harmonised, shared, and yet secured, as far as privacy and anonymity is concerned.
Interactive: Intelligent fleet management systems will become keys in many sectors as public buses (bus arrival times and load information), car-sharing on demand, smart logistics (faster goods delivery). Sharing of transport information between agencies, transport operators, emergencies, will lead to more effective and coordinated responses. Spatial and contextual information will be delivered to individuals and provide them with personalised content.
Assistive: In-vehicle on-board devices will provide warning information to drivers, thanks to for instance traffic light controls at traffic junctions. The development of V2V (Vehicle to Vehicle) and V2I (Vehicle to Infrastructure) technologies will also enable safety communication and reduce the number of accidents. These telematics applications should expand to dynamic routing, intelligent parking guidance, and real-time traffic news. A big part of this assistive future will rely on self-driving or autonomous vehicles. These driverless vehicles (cars, buses, trucks) will eliminate human errors, optimise road capacity, and lower carbon emissions. Nevertheless, in addition to technological issues, many regulatory obstacles will have to be overcome.
Green Mobility: Higher usage of public transport, “greener” vehicles (hybrid, electric), regenerative brakes in trains are examples of usages or technologies that reduce the impact on the environment. The development of new infrastructures for ITS equipment will require environmental-friendly conception, so as to minimize their own impact. Data centres use a lot of power and will require the optimisation of resource sharing through cloud computing or other solutions.
Smart mobility initiatives in Singapore
Today, in 2017, Singapore has rolled out many initiatives to address this 2030 agenda[3].
For example, smarter bus systems, thanks to the Common Fleet Management System (CFMS), enable operators to monitor the location and performance of their bus fleets, and actively work with their bus captains to adjust bus operations in real-time.
The Land and Transport Authority (LTA) is also developing a Fusion AnalyticS for public Transport Emergency Response (FASTER) system which will combine data from various sources, including fare-card, video and telecommunications systems, to perform analytics. It will enable LTA and the operators to visualise commuting patterns to improve transport planning, and it also triggers early alerts of crowd surges and transport incidents.
The next-generation Electronic Road Pricing System, which is based on Global Navigation Satellite System technology, will enable the collection of comprehensive, real-time, aggregated traffic data, and disseminate such directly to motorists, to enable them to better plan and optimise their travel routes.
The LTA has also been conducting trials of hybrid and electric buses. After promising first results, the objective is to run 50 hybrid and 60 electric buses, that is to say three bus services fully served by electric buses.
As part of Singapore’s Electric Vehicle (EV) Phase 2 Test-bed, which aims to explore the viability of operating fleets of EVs for car-sharing and of electric taxis, LTA and the Economic Development Board (EDB) worked with HDT Singapore Taxis Pte Ltd to bring in Singapore’s first fully-electric taxi fleet. HDT began operating its fully-electric taxi service in September 2016, and progressively deploys 100 e-taxis by mid-2017 as part of an eight-year trial.
LTA and EDB partnered BlueSG Pte Ltd to launch the BlueSG EV car-sharing programme, which will see 1,000 shared EVs deployed across all HDB towns by 2020, and the installation of 2,000 charging points island-wide. The first batch of 125 Bluecars and 250 charging points will be rolled out by the second half of 2017.
BlueSG
Lastly, a lot of efforts have been made in the field of autonomous vehicles. For about 2 years, many trials have started across the country. In September 2016, LTA doubled the length of the test routes within One-North from 6 to 12km, after AV trial participants showed their capabilities in navigating mixed traffic environments. Since then, the AV trial participants have demonstrated a readiness to advance their capabilities to more on-road scenarios in an expanded test area. In June 2017, new areas such as the National University of Singapore (NUS), Singapore Science Park 1 and 2, Dover and Buena Vista, have been opened to AVs trials. These areas present a larger test bed, and will add another 55km to the existing AV trial routes.
A*STAR’s Institute for Infocomm Research (I2R): first self-driving vehicle to be approved for public road testing at One-North since July 2015.
A*STAR
National University of Singapore (NUS) and the Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART): testing a fleet of self-driving golf-buggies. A retrofitted electric passenger car was the second vehicle to be approved for more complex testing on public roads. A prototype of a four-wheel self-driving Personal Mobility Device was also unveiled for public trial in November 2016.
SMART
Delphi automotive and nuTonomy: the first private company – and the third applicant – to obtain approval for public road testing at One-North as of April 2016. Aim to launch a commercial autonomous mobility-on-demand service.
nuTonomy
Gardens by the Bay, French company EasyMile in collaboration with ST Engineering: the EasyMile driverless shuttle went for public trial in December 2015 and is now in service at Gardens by the Bay. On 22 June 2016, Gardens by the Bay launched the Auto Rider for public rides.
EasyMile
French company Navy, in collaboration with Energy Research Institute (ERI@N) at Nanyang Technological University (NTU): self-driving golf cart and electric shuttle around NTU can fetch up to 8 people and travel at a maximum speed of 20 km/h. These are part of NTU’s plans to eventually trial two full-sized autonomous bus in its campus in 2018.
LTA, NTU
LTA and ST Kinetics: development of a 40-seater electric autonomous bus prototype.
MOT (Ministry of Transports) and PSA Corporation collaboration with Scania and Toyota: truck platooning trials over a three-year period from January 2017 to December 2019, the collaboration will enable heavy vehicles to move in leader-follower formation, as well as to fully automate the processes for precise docking and undocking of cargo.
Katoen Natie and VDL: 12 driverless trucks will go on trial on Jurong Island from September 2017. The trucks will be retrofitted with autonomous systems which will communicate with transponders installed in the road.
In order to allow these autonomous vehicles to join the road traffic, government authorities like LTA will need to assess, test, and certify them so as to ensure the maximum of safety and convenience for road users. This is the scope of the Centre of Excellence for Testing & Research of AVs at NTU, namely the CETRAN project.
What is CETRAN?
The Land Transport Authority (LTA) and JTC (Jurong Town Corporation), in partnership with the Nanyang Technological University (NTU), launched CETRAN, at CleanTech Park on August 2016. On November 22d, 2017 the CETRAN circuit will be officially opened by the Singaporean Minister of Transport, M. Khaw Boon Wan.
JTC
CETRAN will spearhead the development of testing requirements for SDVs, for which testing will be carried out at the 1.8-ha CETRAN Test Circuit, which is jointly developed by LTA and JTC to provide industry players with a simulated road environment for the testing AVs prior to their deployment on public roads.
In line with LTA strategy to establish public and private collaborations, NTU is partnering with four foreign entities to develop the CETRAN project. BMW, TNO, TUV-SUD, and SystemX will be each responsible for one workpackage of the project.
The workpackage managed by SystemX will focus on digital modelling & simulation for safety & digital security, applied to autonomous transport. This is the first project of SystemX in Singapore, willing to develop others in the coming months, in the fields of autonomous transports, agile industry, smart territories, or internet of trust.
