Les simulateurs de vol VR pour former les pilotes


Former les futurs pilotes avec l'IA

12 novembre 2020
Le futur de la formation pour les pilotes passera par la VR et l'intelligence artificielle

Les simulateurs de haute technologie sont peut-être trop réalistes pour les nouveaux pilotes, mais la combinaison de simulateurs basse et haute fidélité avec des instructeurs pourrait produire des pilotes plus efficaces.

Les simulateurs de vol modernes sont si réalistes qu'un élève-pilote peut apprendre à voler à partir de zéro dans le monde virtuel et monter directement dans un avion pour des vols réels.

Les simulateurs de réalité virtuelle haute fidélité peuvent être une réponse à la formation des milliers de pilotes dont l'industrie mondiale de l'hélicoptère aura besoin pour répondre à une demande qui devrait monter en flèche au cours de la prochaine décennie. Pour rendre cette formation plus efficace et plus abordable, il est important d'adapter la formation à chaque étudiant, selon Nick Scarnato, directeur de la stratégie globale, de la formation et des systèmes de mission chez Collins Aerospace.

En grandissant à l'ère numérique, élevés sur des ordinateurs de poche, des jeux vidéo immersifs et l'Internet, les jeunes pilotes apprennent différemment des méthodes employées par de nombreux programmes traditionnels de formation des pilotes, a-t-il déclaré.

"Aujourd'hui, vous avez des smartphones et des iPads, des solutions basées sur le cloud computing et bien d'autres choses que j'appellerais des solutions de réalité virtuelle graphique très réalistes, de réalité augmentée", a-t-il ajouté. "Lorsque vous faites passer aux étudiants ce qui serait considéré comme une approche de type "hardware-in-the-loop", l'intérêt n'est pas là, ce qui pourrait avoir un effet sur la formation".

La formation des pilotes est coûteuse et prend du temps, aussi la préparation par la réalité virtuelle peut-elle sembler être une solution efficace et abordable à la pénurie imminente de pilotes. L'industrie semble être d'accord, puisque les revenus du marché mondial des simulateurs de vol devraient passer de 5,7 milliards de dollars en 2019 à 7,7 milliards de dollars d'ici 2025 - les simulateurs de vol complets constituant la part la plus importante, selon un rapport de Research and Markets publié en 2019.


Le coût des simulateurs FFS

Les simulateurs de vol complets haute fidélité sont coûteux. Les simulateurs de vol complets qualifiés par la FAA peuvent coûter 10 millions de dollars. Les simulateurs de niveau six et sept équivalents temps plein (ETP) sans mouvement coûtent encore jusqu'à 1 million de dollars. Avant de "jeter la technologie" au panier, l'industrie devrait se concentrer sur la façon dont les étudiants individuels apprennent et utilisent les nouvelles technologies.

Une approche de la formation qui comprend du temps passé avec un instructeur dans des simulateurs basse et haute fidélité peut produire des pilotes plus performants, surtout s'il existe des moyens appropriés pour mesurer les progrès d'un élève.

Les organismes de formation et les fabricants d'hélicoptères investissent massivement dans les programmes de formation, reconnaissant le besoin d'une surabondance de nouveaux pilotes sur le marché.

Le Sikorsky S-97 Raider et le Bell V-280 Valor ont tous deux des simulateurs dédiés qui mettent en valeur les commandes de vol électriques avancées et les capacités uniques de l'appareil, bien qu'aucun des deux ne soit à mouvement complet. Le nouvel entraîneur TH-XX de la Marine, pour lequel Leonardo, Bell et Airbus sont en concurrence, comprendra également un système d'entraînement au sol immersif (GBTS) acquis dans le cadre d'un concours que le service juge suffisamment important pour se séparer des hélicoptères eux-mêmes.

Leonardo investit 65 millions de dollars dans un campus de formation de 60 000 pieds carrés dans ses installations à l'extérieur de Philadelphie, qui sera le miroir de celui qu'il exploite déjà à Sesto Calende, en Italie. La nouvelle académie comprendra des baies de formation à la maintenance, des dispositifs de formation virtuels améliorés et des simulateurs de vol complets de niveau D pour les hélicoptères AW119, AW139 et AW609, ainsi que de nouvelles salles de classe et des salons pour les clients. L'installation comprendra également des services spécialisés pour les clients de l'AW609.

"L'expérience acquise sur le terrain sera reproduite dans la dynamique de l'hélicoptère sur le simulateur, comme cela se fait habituellement pour tout aéronef tout au long de son cycle de vie ou après une mise à niveau du produit qui doit être reflétée par des dispositifs de simulation, en particulier le niveau D [simulateur de vol complet]", a déclaré Vittorio Della Bella, vice-président senior de Leonardo pour le soutien à la clientèle et la formation au niveau mondial.

Airbus gère un réseau de 20 centres de formation qui proposent des simulateurs de vol complets haute fidélité afin de réduire le coût de la formation en général. En même temps, la société a donné la priorité au temps passé avec un instructeur de vol humain lors de ses cours destinés aux jeunes pilotes moins expérimentés.

"La réalité virtuelle et les outils immersifs peuvent certainement jouer un rôle dans la réduction des coûts de la formation en général, et Airbus investit effectivement dans ce domaine", a déclaré un porte-parole d'Airbus à R&WI dans un courriel. "Mais nous devons nous assurer que ces outils ont un niveau de fidélité suffisant et, surtout pour les jeunes pilotes, qu'ils sont utilisés en conjonction avec un instructeur de vol.

Airbus croit beaucoup à l'énorme valeur ajoutée des instructeurs, et nous devons veiller à ce que les outils immersifs ne conduisent pas à l'autoformation. C'est pourquoi, dans notre esprit, les outils virtuels peuvent être un bon moyen de revoir un cours, ou d'approfondir les connaissances des élèves sur un sujet particulier ; mais, au moins dans le contexte des hélicoptères, nous ne les considérons pas comme une alternative à la formation dirigée par un instructeur".

Une étude souvent citée, menée par l'Université du Dakota du Nord et la Helicopter Association International et publiée en 2018, décrit une pénurie inévitable de près de 8 000 pilotes d'hélicoptère rien qu'aux États-Unis jusqu'en 2036. Selon l'étude, cette situation résulte en grande partie d'une perte nette de pilotes dans le secteur et de l'attente du fait que le nombre de pilotes qui rejoindront le secteur sera inférieur à celui des pilotes qui le quitteront au cours des douze prochaines années.

Plusieurs facteurs convergent pour réduire la population de pilotes actuelle et étouffer le nombre d'étudiants pilotes. La liste des facteurs contributifs est longue. La population actuelle de pilotes professionnels - les boomers sont fortement représentés - est vieillissante. L'armée américaine tente désespérément de freiner l'attrition dans ses rangs de pilotes, qui sont débauchés par les compagnies aériennes commerciales mieux payées.

"Tout le monde est conscient que le nombre de pilotes diminue", a déclaré M. Scarnato. "C'est aussi le cas dans le monde commercial. De plus, il y a beaucoup plus de types de plates-formes qui arrivent sur le marché, de nouveaux avions commerciaux, ce qui amplifie ce problème".


Les pilotes d'hélicoptères à la recherche d'un emploi

Les salaires des pilotes d'hélicoptères commerciaux débutants sont lamentablement bas par rapport à d'autres industries et éclipsent la dette que certains pilotes cadets contractent sur le chemin de la certification. Lorsque l'industrie de l'hélicoptère a été frappée de plein fouet par la crise financière mondiale et la crise du prix du pétrole, des centaines, voire des milliers, de pilotes d'hélicoptère se sont retrouvés soudainement sans emploi.

En conséquence, la demande de pilotes - et une augmentation brutale prévue de la demande future - dépassera de loin l'offre actuelle. La plupart des acteurs du secteur s'accordent à dire que les sources traditionnelles de nouveaux pilotes professionnels et les méthodes de formation ne suffisent pas à combler le manque.

Il ne suffira pas de faire entrer davantage d'élèves dans les simulateurs pour surmonter le problème. De même, leur imposer un programme d'études deux fois plus vite n'est pas deux fois plus efficace, a déclaré M. Scarnato. En fait, la recherche aidée par les ingénieurs de Collins tente de trouver une méthode pour déterminer le point de saturation de chaque étudiant afin de maximiser l'enseignement mais d'éviter l'épuisement cognitif.

Pour ce faire, M. Collins analyse l'efficacité de la formation et l'application de l'apprentissage adaptatif en utilisant des "aspects assez tendance" de l'apprentissage machine, de l'analyse de données et de l'intelligence artificielle pour résoudre le problème, a déclaré M. Scarnato.

Une étude que les ingénieurs de Collins Aerospace ont contribué à mener a révélé que la fidélité au simulateur "affecte grandement les performances des pilotes compétents et experts, mais moins celles des pilotes novices". Les simulations à basse fidélité ne peuvent pas tromper les pilotes plus expérimentés dont la "sensation de l'air" est en accord avec les signaux subtils de l'avion, selon l'étude, présentée à la Conférence interservices/industrie sur la formation, la simulation et l'éducation de 2018.

Les simulateurs de faible technicité sont moins efficaces pour former les pilotes expérimentés aux manœuvres avancées, mais ces simulateurs moins coûteux peuvent être le billet d'entrée pour les nouveaux pilotes et les pilotes novices dans le cadre de la formation de base au vol, a constaté l'étude.

"Les pilotes novices apprennent rapidement à s'adapter à la dynamique d'un modèle de vol avec une fidélité moindre, car ils n'ont pas à désapprendre les paramètres dynamiques établis et expérimentés en vol réel", a constaté l'étude. "Les pilotes novices apprennent simplement à piloter le modèle de vol de moindre fidélité sans se soucier de la manière dont cette compétence se transfère au vol réel".

L'immersion de pilotes moins expérimentés dans des simulateurs haute fidélité pourrait également surcharger leur capacité à effectuer certaines tâches essentielles à la formation au vol, mais les élèves qui effectuent des tâches en dessous de leurs capacités s'ennuient. Selon l'étude, il est plus efficace d'adapter les défis aux capacités d'un individu que de jeter les élèves dans un simulateur d'hélicoptère de vol complet.

Selon l'étude, intitulée "Définir le terme "expert", les expériences trop difficiles et trop éprouvantes provoquent un sentiment d'anxiété et dépassent la capacité de performance d'un individu" : Définir le terme "expert" : caractériser les compétences pour les mesures physiologiques de la charge de travail cognitive".

"Des expériences trop simples peuvent entraîner l'ennui, ce qui fait qu'un individu perd sa concentration dans l'exécution des actions nécessaires pour mener à bien la tâche. ... L'adéquation entre les défis et les compétences optimise la qualité d'une expérience". "Un système d'entraînement adaptatif pourrait augmenter le niveau de difficulté des tâches pendant ces itérations afin de maintenir la dépense cognitive de la charge de travail à un niveau optimal alors que les performances continuent à s'améliorer rapidement. Le résultat attendu sera des cycles de formation plus rapides, et des apprenants mieux formés avec un degré plus élevé de compétences disponibles".