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Technologies automatisées et émergentes

Informatique IGCSE · Sujet 6

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10:22

Systèmes automatisés

Imaginez une serre à trois heures du matin. Personne n'est là. L'air se réchauffe un peu, et une fenêtre s'ouvre toute seule. Une heure plus tard, elle se ferme…

Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés

6.1

Systèmes automatisés

Programme
Les candidats doivent être capables de : Notes et orientations
1 Décrire comment les capteurs, les microprocesseurs et les actionneurs peuvent être utilisés conjointement pour créer des systèmes automatisés
2 Décrire les avantages et inconvénients d'un système automatisé utilisé pour un scénario donné • Y compris des scénarios provenant de : – industrie – transport – agriculture – météo – jeu vidéo – éclairage – science

Source : Programme Cambridge International

Un système automatisé 自动化系统 est un mélange de logiciels et de matériel qui capte et répond aux données dans son environnement 环境, sans besoin d'intervention humaine 人工干预. En d'autres termes, il fonctionne tout seul.

Exemples de systèmes automatisés :

  • un système de chauffage central 中央供暖;
  • un processus chimique 化学过程 dans une usine;
  • une serre 温室 (pour cultiver des plantes);
  • une barrière de parking 停车场道闸.

Capteurs, microprocesseurs et actionneurs

Trois parties travaillent ensemble dans un système automatisé.

Partie Rôle
capteur 传感器 mesure une grandeur physique (telle que la température ou la lumière) et envoie les données
microprocesseur 微处理器 compare les données avec des valeurs stockées et prend des décisions
actionneur 执行器 reçoit un signal et provoque un mouvement ou une action (comme ouvrir une vanne)

Le cycle fonctionne comme ceci :

  1. Le capteur envoie des données au microprocesseur.
  2. Le microprocesseur compare ces données avec des valeurs stockées 存储值 et prend une décision.
  3. Le microprocesseur envoie des signaux aux actionneurs pour prendre des mesures.

Par exemple, dans une serre : un capteur de température lit la chaleur ; le microprocesseur le compare à la valeur souhaitée ; s'il fait trop chaud, le microprocesseur signale à un actionneur d'ouvrir une fenêtre.

Une boucle : un capteur de température alimente le microprocesseur, qui signale à un actionneur d'ouvrir une fenêtre, refroidissant la serre, que le capteur mesure ensuite à nouveau
Un capteur alimente le microprocesseur, qui compare la lecture avec une valeur stockée et signale à un actionneur ; la boucle se répète ensuite

Le programme mentionne de nombreux types de capteurs 传感器类型, chacun lisant une grandeur physique – par exemple un accéléromètre 加速度计 (mouvement ou inclinaison), un capteur d'humidité 湿度 (eau dans l'air), et un capteur de proximité 接近 (un objet proche) :

Capteur Mesure Utilisation typique
température chaleur fours, serres, chauffage
lumière luminosité éclairages automatiques, caméras
pression force sur une surface tapis d'alarme, écrans tactiles
infra-rouge / proximité un objet proche portes automatiques, capteurs de stationnement
acoustique (son) niveau sonore moniteurs de bruit
humidité / humidité eau dans l'air ou le sol serres, irrigation
gaz présence d'un gaz alarmes de fumée et CO
pH acidité piscines, aquariums
accéléromètre mouvement ou inclinaison téléphones, déclencheurs de coussins gonflables
champ magnétique magnétisme contacts de porte, boussoles
débit / niveau écoulement de fluide ou profondeur tuyaux, réservoirs

Pour choisir un capteur pour un scénario donné, choisissez celui qui lit la bonne grandeur physique : un aquarium nécessite des capteurs de pH et de température ; une porte automatique nécessite un capteur infra-rouge / proximité.

Avantages et inconvénients

Les systèmes automatisés sont utilisés dans de nombreuses situations, telles que l'industrie, les transports, l'agriculture 农业 (culture), la météo (collecte de données), les jeux vidéo et l'éclairage.

Les avantages des systèmes automatisés, tels que le travail 24/7 et la régularité, par rapport aux inconvénients, tels que le coût élevé de mise en place et la perte d'emplois
Les avantages et inconvénients des systèmes automatisés
Un drone blanc à quatre rotors avec une petite caméra, volant dans le ciel au-dessus de la mer
Un drone caméra : il peut voler tout seul le long d'une trajectoire définie pour collecter des données
Avantages Inconvénients
travaillent jour et nuit, sans repos coûtent cher à acheter et à mettre en place
plus rapides et plus réguliers consistent que les humains peuvent tomber en panne et nécessitent une réparation experte
peuvent travailler dans des endroits dangereux pour les humains peuvent remplacer les emplois humains
moins d'erreurs humaines ne peuvent pas facilement réagir à une situation pour laquelle ils n'ont pas été conçus

Exemple résolu. Décrivez comment une serre automatique maintient la température à 25 °C. Un capteur de température mesure en continu la température et envoie sa lecture, convertie en numérique par un CNA, au microprocesseur. Le microprocesseur compare cette lecture avec la valeur stockée de 25 °C. Si la température est supérieure, le microprocesseur signale à un actionneur d'ouvrir une fenêtre ou d'allumer un ventilateur ; si elle est inférieure, il allume un chauffage. L'ensemble de la boucle se répète continuellement. Deux points sont presque toujours attribués aux mots-clés « compare avec une valeur stockée (préréglée) » et « le processus se répète » — une description qui s'arrête à « le capteur dit à l'ordinateur » les fait manquer.

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Une boucle de commande automatisée

Tournez autour de la boucle. Un système automatisé détecte, compare avec une cible, puis agit — et comme l'action change ce qu'il détecte, il se corrige constamment sans humain nécessaire.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
automated system/ˈɔːtəmeɪtɪd ˈsɪstəm/ 自动化系统 zì dòng huà xì tǒng
environment/enˈvaɪrənmənt/ 环境 huán jìng
human intervention/ˈhjuːmən ˌɪntəˈvenʃn/ 人工干预 rén gōng gān yù
greenhouse/ˈɡriːnhaʊs/ 温室 wēn shì
car park barrier/kɑː pɑːk ˈbærɪə/ 停车场道闸 tíng chē chǎng dào zhá
sensor/ˈsensə/ 传感器 chuán gǎn qì
microprocessor/ˌmaɪkrəʊˈprəʊsesə/ 微处理器 wēi chǔ lǐ qì
actuator/ˈæktʃuːeɪtə/ 执行器 zhí xíng qì
stored values/stɔːd ˈvæljuːz/ 存储值 cún chǔ zhí
sensor types/ˈsensə taɪps/ 传感器类型 chuán gǎn qì lèi xíng
accelerometer/əkˌseləˈrɒmɪtə/ 加速度计 jiā sù dù jì
humidity/hjuːˈmɪdɪti/ 湿度 shī dù
proximity/prɒkˈsɪmɪti/ 接近 jiē jìn
consistent/kənˈsɪstənt/ 一致的 yí zhì de
Robotics/rəʊˈbɒtɪks/ 机器人技术 jī qì rén jì shù
agriculture/ˈæɡrɪkʌltʃə/ 农业 nóng yè
mechanical/mɪˈkænɪkl/ 机械的 jī xiè de
6.2

Robotique

Programme
Les candidats doivent être capables de : Notes et orientations
1 Comprendre ce que signifie la robotique • La robotique est une branche de l'informatique qui intègre la conception, la construction et l'exploitation de robots • Exemples incluent l'équipement d'usine, les robots domestiques et les drones
2 Décrire les caractéristiques d'un robot • Y compris : – une structure mécanique ou un cadre – des composants électriques, tels que des capteurs, des microprocesseurs et des actionneurs – programmable
3 Comprendre les rôles que les robots peuvent remplir et décrire les avantages et inconvénients de leur utilisation • Les robots peuvent être utilisés dans divers domaines, y compris : – industrie – transport – agriculture – médecine – milieu domestique – divertissement

Source : Programme Cambridge International

Robotique 机器人技术 is the branch of technology that deals with the design, building and operation of robots 机器人.

Un robot possède ces caractéristiques :

  • une structure physique 物理结构 (un corps mécanique 机械的, tel que des bras) ;
  • des composants électriques 电子元件 (moteurs, capteurs et câblage) ;
  • des instructions programmables 可编程指令 — il suit un programme qui peut être modifié.

Ce que font les robots

Les robots peuvent remplir de nombreux rôles, par exemple :

  • équipement d'usine 工厂设备 — construire des voitures, souder, déplacer des pièces lourdes ;
  • appareils ménagers 家用电器 — comme un aspirateur robot vacuum cleaner 吸尘器.
Un bras robotique blanc sur une ligne de production d'usine, avec des câbles et une structure métallique autour
Un bras robotique industriel. Il suit un programme et peut être reprogrammé pour effectuer une nouvelle tâche.
Un aspirateur robot rond, plat et gris vu de dessus, avec des boutons S, M et L sur le dessus
Un robot aspirateur : un robot domestique qui se déplace automatiquement pour nettoyer le sol
Avantages Inconvénients
effectuent des tâches ennuyeuses ou dangereuses coûteux à acheter et à entretenir
travaillent vite et avec précision peuvent remplacer des travailleurs humains
ne se fatiguent ni ne s'ennuient un robot présente un manque de prise de décision autonome 缺乏独立决策 — il ne fait que ce pour quoi il est programmé

Une limite essentielle du robot est qu'il ne peut pas penser seul. Il ne peut pas prendre ses propres décisions lorsqu'un événement inattendu survient.

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Laboratoire de concepts informatiques

Classez les exemples concrets selon le concept informatique qu'ils illustrent.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
robots/ˈrəʊbɒts/ 机器人 jī qì rén
physical structure/ˈfɪzɪkl ˈstrʌktʃə/ 物理结构 wù lǐ jié gòu
electrical components/ɪˈlektrɪkl kəmˈpəʊnənts/ 电子元件 diàn zi yuán jiàn
programmable instructions/ˈprəʊɡrəməbl ɪnˈstrʌkʃnz/ 可编程指令 kě biān chéng zhǐ lìng
factory equipment/ˈfæktəri ɪˈkwɪpmənt/ 工厂设备 gōng chǎng shè bèi
domestic appliances/dəˈmestɪk əˈplaɪənsɪz/ 家用电器 jiā yòng diàn qì
vacuum cleaner/ˈvækjuːm ˈkliːnə/ 吸尘器 xī chén qì
lack of independent decision-making/læk ɒv ˌɪndɪˈpendənt dɪˈsɪʒn ˈmeɪkɪŋ/ 缺乏独立决策 quē fá dú lì jué cè
Artificial intelligence/ˌɑːtɪˈfɪʃl ɪnˈtelɪdʒəns/ 人工智能 rén gōng zhì néng
6.3

Intelligence artificielle

Programme
Les candidats doivent être capables de : Notes et orientations
1 Comprendre ce que signifie l'intelligence artificielle (IA) • L'IA est une branche de l'informatique traitant de la simulation de comportements intelligents par les ordinateurs
2 Décrire les principales caractéristiques de l'IA en tant que collection de données et les règles pour utiliser ces données, la capacité de raisonner, et elle peut inclure la capacité d'apprendre et de s'adapter
3 Expliquer le fonctionnement de base et les composants des systèmes d'IA pour simuler un comportement intelligent • Limité à : – systèmes experts – apprentissage automatique • Les systèmes experts ont une base de connaissances, une base de règles, un moteur d'inférence et une interface • L'apprentissage automatique est le fait qu'un programme ait la capacité d'adapter automatiquement ses propres processus et/ou ses données

Source : Programme Cambridge International

Intelligence artificielle 人工智能 (IA) is the simulation 模拟 of human intelligence by computer systems. Cela signifie qu'un ordinateur effectue des tâches nécessitant normalement la pensée humaine.

Caractéristiques de l'IA

Les systèmes d'IA possèdent généralement ces fonctionnalités :

  • ils collectent des données et les règles 规则 pour utiliser ces données ;
  • ils ont la capacité de raisonner 推理 (résoudre des problèmes en utilisant les règles) ;
  • ils ont la capacité de tirer des conclusions 得出结论, qui peuvent être approximatives 近似的 (une meilleure estimation) ou définies 确定的 (certaines) ;
  • ils ont la capacité d'apprendre 学习 à partir de données ;
  • ils ont la capacité de s'adapter 适应 — de modifier leur comportement selon les nouvelles données reçues.
Un système IA comme une boucle : il collecte des données, applique des règles et repère des modèles, agit sur une décision, puis apprend et s'améliore à partir du résultat avant de collecter plus de données
Un système d'IA collecte des données, applique des règles, agit, puis apprend et s'améliore

Exemples d'IA

  • systèmes experts 专家系统 — logiciels qui donnent des conseils comme un expert humain (par exemple, aider un médecin à poser un diagnostic) ;
  • traitement du langage naturel 自然语言处理 — compréhension de la parole ou du texte humain ;
  • voitures autonomes 自动驾驶汽车.
Une petite voiture autonome blanche sur une route, avec un capteur rotatif sur son toit
Une voiture autonome : des capteurs sur la voiture permettent à un ordinateur de la diriger sans conducteur

À l'intérieur d'un système expert

Un système expert 专家系统 stocke l'expertise humaine et raisonne à partir de celle-ci. Il comprend quatre parties :

  • une base de connaissances 知识库 – les faits stockés sur le sujet ;
  • une base de règles 规则库 – les règles « si… alors… » qu'appliquerait un expert humain ;
  • non moteur d'inférence 推理引擎 – applique les règles aux faits pour aboutir à une conclusion ;
  • une interface utilisateur 用户界面 – pose des questions à l'utilisateur et affiche le résultat.

L'interface collecte les faits auprès de l'utilisateur ; le moteur d'inférence applique la base de règles à la base de connaissances ; et le système produit un diagnostic ou une probabilité — utilisé pour aider un médecin à diagnostiquer une maladie ou pour détecter une panne automobile.

Apprentissage automatique

Apprentissage automatique 机器学习 is a program that improves its own performance through experience, sans être explicitement reprogrammé. Il trouve des modèles dans les données et s'adapte : un moteur de recherche devient meilleur pour classer les résultats, un assistant vocal reconnaît plus précisément les commandes vocales, et un aspirateur robot apprend progressivement l'aménagement d'une pièce.

IA étendue, générale et forte

Trois marches ascendantes : IA étroite (toute l'IA actuelle), IA générale, et IA forte, avec l'IA générale et forte étiquetées comme n'existant pas encore
L'IA étendue effectue une seule tâche (toute l'IA actuelle) ; l'IA générale pourrait effectuer n'importe quelle tâche humaine ; l'IA forte serait consciente d'elle-même — aucune n'existe encore
Type Ce que cela signifie
IA étendue 弱人工智能 ne peut effectuer qu'une seule tâche ou un petit ensemble de tâches (par exemple, un programme d'échecs). Toute l'IA actuelle est une IA étendue.
IA générale 通用人工智能 pourrait effectuer n'importe quelle tâche qu'un humain peut faire, en passant d'une tâche à une autre très différente.
IA forte 强人工智能 penserait et serait consciente comme un véritable esprit humain. Cela n'existe pas encore.
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Laboratoire de concepts informatiques

Classez les exemples concrets selon le concept informatique qu'ils illustrent.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
simulation/ˌsɪmjʊˈleɪʃn/ 模拟 mó nǐ
rules/ruːlz/ 规则 guī zé
reason/ˈriːzn/ 推理 tuī lǐ
draw conclusions/drɔː kənˈkluːʒnz/ 得出结论 dé chū jié lùn
approximate/əˈprɒksɪmət/ 近似的 jìn sì de
definite/ˈdefɪnət/ 确定的 què dìng de
learn/lɜːn/ 学习 xué xí
adapt/əˈdæpt/ 适应 shì yìng
expert systems/ˈekspɜːt ˈsɪstəmz/ 专家系统 zhuān jiā xì tǒng
natural language processing/ˈnætʃərəl ˈlæŋɡwɪdʒ ˈprəʊsesɪŋ/ 自然语言处理 zì rán yǔ yán chǔ lǐ
self-driving cars/self ˈdraɪvɪŋ kɑːz/ 自动驾驶汽车 zì dòng jià shǐ qì chē
knowledge base/ˈnɒlɪdʒ beɪs/ 知识库 zhī shí kù
rule base/ruːl beɪs/ 规则库 guī zé kù
inference engine/ˈɪnfərəns ˈendʒɪn/ 推理引擎 tuī lǐ yǐn qíng
user interface/ˈjuːzə ˈɪntəfeɪs/ 用户界面 yòng hù jiè miàn
Machine learning/məˈʃiːn ˈlɜːnɪŋ/ 机器学习 jī qì xué xí
narrow AI/ˈnærəʊ ˌeɪ ˈaɪ/ 弱人工智能 ruò rén gōng zhì néng
general AI/ˈdʒenərəl ˌeɪ ˈaɪ/ 通用人工智能 tōng yòng rén gōng zhì néng
strong AI/strɒŋ ˌeɪ ˈaɪ/ 强人工智能 qiǎng rén gōng zhì néng
central heating/ˈsentrəl ˈhiːtɪŋ/ 中央供暖 zhōng yāng gōng nuǎn
chemical process/ˈkemɪkl ˈprəʊses/ 化学过程 huà xué guò chéng
6.3

Conseils d'examen

  • Apprendre la boucle de contrôle : un capteur mesure une grandeur → le microprocesseur la compare à une valeur stockée → un actionneur exécute une action ; ensuite la boucle se répète.
  • Ne pas confondre les composants : un capteur envoie des données vers l'intérieur ; un actionneur provoque un mouvement vers l'extérieur.
  • Un robot suit des instructions programmables et ne peut pas prendre ses propres décisions lorsqu'un événement inattendu survient.
  • IA simule la pensée humaine : elle collecte des données et des règles, raisonne, tire des conclusions, et peut apprendre et s'adapter.
  • Connaître les niveaux d'IA : étendues (une seule tâche ; toute l'IA actuelle), générale (n'importe quelle tâche humaine), forte (consciente d'elle-même ; n'existe pas encore).

Leçons interactives sur ce sujet

Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.

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