Flux de données en temps réel et streaming : Agents autonomes

Durée : 42 heures – Évaluations : Projet fil rouge

Présentation

Ce module de formation vise à fournir une approche théorique et pratique pour concevoir des architectures autonomes intelligentes capables d’interagir avec un environnement via des capteurs. Ces architectures incluent des automates et automates communicants, et/ou des agents et multi-agents, qui collaborent pour optimiser leur fonctionnement.

 

L’utilisation de jumeaux numériques permet de simuler et anticiper les comportements des agents dotés d’Intelligence Artificielle dans des contextes variés. Qu’ils soient individuel ou collectif, les agents doivent évoluer avec des comportements garantis sans erreurs. Cette approche innovante s’inscrit de plus en plus dans le monde industriel, transformant la manière dont les systèmes automatisés sont conçus et déployés.

 

Cette formation ouvre de nouvelles perspectives pour la maintenance prédictive, l’optimisation des processus et la gestion en temps réel des ressources. Au travers d’un projet fil rouge donné au début du cours, les étudiants apprendront à développer des solutions concrètes, comme des robots connectés ou des architectures IoT, intégrant des techniques avancées de Machine Learning et/ou de Deep Learning. Cette démarche leur permettra de maîtriser les enjeux liés à l’autonomie et à l’IA appliquée à l’industrie, tout en développant leur capacité à innover dans un environnement technologique en constante évolution. La captation et la gestion des données externes et internes devient l’enjeu majeur du bon fonctionnement des agents. L’objectif est de renforcer l’apprentissage des utilisations en temps réel des données brutes, la mise en place de pipelines efficaces pour l’exploitation et la distribution de données nouvellement exploitables pour les parties prenantes. Au delà du projet, le but est de disposer d’un environnement de fonctionnement dynamique pour construire, développer, déployer, utiliser, superviser et garantir une architecture de données.

Arthur JAFFRE
Arthur JAFFRE

Arthur est Architecte des systèmes d'information dans les processus industriels, avec une spécialisation en Intelligence Artificielle. Il a débuté sa carrière professionnelle dans l'informatique au sein de la jeune pousse Oky Doky, en qualité de Chargé de projets IA.

Objectifs pédagogiques

  • Modéliser les agents et de leur environnement (automates, modèles mathématiques)
  • Programmer la communication entre des entités IoT, multi-agent, etc.
  • Utiliser des flux de données en streaming
  • Définir des approches théoriques et pratiques pour faire évoluer des objets mobiles coopératifs, des agents IoT et leur gestion de ressources
  • Intégrer des modèles de Machine Learning / Deep Learning pour la prise de décision ou la perception
  • Élargir vers la gestion des ressources et des données en temps réel, pour donner une vision intégrée et appliquée avec un cas d’usage physique et numérique
  • Coordonner en temps réel des composants en optimisant dynamiquement des tâches avec une scalabilité facile à mesure en cas d’ajout d’agent
  • Simuler, visualiser, valider et démontrer via Python (matplotlib, Dash, PyGame, etc.)

Plan du module

  1. Fondations des Automates et Architectures par États
    • Introduction au projet fil rouge et objectif de rendu
    • Définir différents types d’automates (déterministes, non déterministes, à états, à registres, à piles)
    • Architecture par États
    • Les agents et architectures à états (communication et multi-états)
  2. Automates Communicants et Modèles Multi-Agents
    • Automates communicants
    • Machines à états communicantes et agents multi-états
    • Formaliser la communication et la coordination des agents par automates synchrones ou asynchrones
    • Programmation multi-agents
    • Gérer, conflits et collisions par modèles mathématiques
    • Intégration des modèles mathématiques dans la conception d’agents
  3. Conception, Intelligence Collective et Sécurité
    • Développer la collaboration entre agents via partage d’informations en utilisant des modèles distribués
    • Implémenter des réseaux de neurones pour la prise de décision collective
    • Simuler un environnement dynamique où les agents coopèrent
  4. Streaming et Flux de Données
    • Pourquoi le streaming pour les systèmes dynamiques ?
    • Concepts du streaming : Latence, fenêtre glissante, event time vs processing time
    • Topologies de flux : pipeline linéaire, branchement, fusion
    • Génération de données avec Python et traitement en temps réel
    • Gestion des backpressure et des buffers pour éviter la perte de données lors des pics de flux
  5. Gestion des ressources, Data Science et IoT
    • Mise en place d’une visualisation pour les construction et analyse (Web, streamslit, gradio, …)
    • Collecter, traiter et analyser des données
    • Appliquer des modèles de séries temporelles, clustering et classification
    • Mise en place de pipeline de construction de validation
    • Réaliser des analyses en temps réel pour le monitoring des agents
    • Aborder la communication IoT avec protocoles Python (MQTT, CoAP)
    • Simuler des jumeaux numériques en utilisant Python
  6. Construction d’agents, Communication et Simulation IoT
    • Développer des agents connectés à l’IoT, intégrant capteurs, actionneurs
    • Modéliser l’évolution des états des agents connectés avec des systèmes dynamiques et équations différentielles
    • Simuler un agent IoT en synchronisation avec un jumeau numérique
    • Mise en place d’un pipeline pour la validation et le déploiement
    • Protocole de communication temps réel entre le jumeau numérique et l’agent physique via WebSockets
  7. Application projet fil rouge – Mise en œuvre complète
    • Configuration d’un topic Kafka et envoi de données simulées
    • Création d’un consumer Python pour lire et traiter le flux en temps réel
    • Implémentation d’un agent IA qui écoute un topic Kafka, applique une règle de décision (automate) et publie le résultat sur un topic de sortie
    • Surveillance analyse de flux de logs pour détecter des comportements
    • Automate à états (“scan” → “brute force” → “exfiltration”)
    • Intégration d’un modèle de Machine Learning (Isolation Forest) en parallèle de l’automate pour affiner la détection des anomalies rares

Bibliographie et ressources

  • Learn AI with Python, Explore Machine Learning and Deep Learning techniques for Building Smart AI Systems Using Scikit-Learn, NLTK, NeuroLab, and Keras (English Edition) (Gaurav Leekha, éditeur : Bpb Publications, ISBN : 9789391392611, 939139261X – 2021)
  • Automates à états finis et langages réguliers, Rappels des notions essentielles et plus de 170 exercices corrigés (Yliès Falcone, Jean-Claude Fernandez, éditeur : Dunod, ISBN : 9782100814244, 2100814249 – 2020)
  • Le jumeau numérique – De l’intelligence artificielle à l’industrie agile (Nathalie JULIEN, Ecric Martin – édition DUNOD – ISBN 978-2-10-080028-5 – 2020)
  • Multi-agent systems: An introduction to distributed artificial intelligence (Addison-Wesley) de Jacques Ferber

Ce module fait partie de notre parcours Mastère Intelligence Artificielle (Bac+5) en première année.

Plutôt envie de découvrir ce module en immersion avant de vous inscrire ?
Participez à une de nos prochaines journées découvertes.