Construire des ordinateurs avec des crabes : l’informatique des systèmes vivants

Par le 03/05/12 | 2 commentaires | 2,436 lectures | Impression

On se demande parfois, face à certaines expériences, si les scientifiques cherchent juste à montrer ce qu’ils sont capables de faire, ou si au contraire on se trouve face à un élément d’une construction qui s’avérera, dans quelques années, tout à fait révolutionnaire.

C’est sans doute le cas des travaux d’une équipe de l’université de Kobé exposés par la Technology Review, associant Yukio-Pegio Gunji du laboratoire de science nonlinéaire, Yuta Nishiyama du département des sciences de la terre et de la planète de l’université de Kobé et Andrew Adamatzky du Centre international d’informatique non conventionnel. Ceux-ci ont réussi à reconstituer un ordinateur primitif en utilisant une espèce particulière de crabes des sables.

Tout d’abord qu’est-ce qu’un ordinateur ? De manière purement abstraite, il s’agit d’un système capable d’effectuer des opérations logiques issues de l’algèbre booléenne, par exemple le “OU” logique (une proposition donnée est vraie si A est vrai ou B est vrai, ou les deux) ou le “ET” (la proposition est vraie si A et B sont tous les deux vrais). A partir du moment où on est capable de simuler l’ensemble des opérations logiques, on obtient un “ordinateur”… en théorie.

Les chercheurs ont essayé de créer un tel système avec une population de crabes soldats, de très petits crustacés, qui se déplacent en meute et dont le comportement se caractérise par le fait que les crabes situés au centre du groupe se contentent d’agir comme leurs voisins, tandis que ceux qui se trouvent à la périphérie se comportent en “leaders”: ce sont eux qui mènent les autres dans une direction spécifique.

Les chercheurs ont construit une série de murs dans lesquels pouvaient se déplacer les animaux. Les “leaders”, spontanément, cherchaient à suivre le mur et entraînaient leur groupe avec eux. A ce moment, expliquent les auteurs de l’article, le groupe de crabes se conduit comme une boule de billard.

Partant de là, les chercheurs on tenté de créer des “parcours” pour différents groupes de crabes, en faisant se rencontrer deux groupes à des croisements et ainsi programmer des portes logiques OU et ET.

Comme un dessin est plus explicite qu’un discours, les deux illustrations ci-dessous, tirées de l’article original (.pdf), nous montrent des exemples de portes OU et ET. Dans la première, les deux balles fusionnent pour prendre l’allée centrale.

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Dans la seconde, on voit que trois chemins s’ouvrent à elles à partir du carrefour. Le ET n’est vrai que si, à nouveau, les deux groupes se réunissent pour prendre ensemble l’allée centrale. Il est faux si l’un des deux groupes choisit une voie différente. L’équipe a d’abord travaillé sur des simulations, puis avec de vrais crabes. L’opération a bien réussi pour le OU explique la Technology Review, mais a posé quelques problèmes pour le ET.

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A quoi ça sert ?

Évidemment, on, peut se demander quelle est l’utilité d’un tel travail. Il en présente à mon avis plusieurs. La Technology Review nous rappelle que l’idée de construire un ordinateur avec des boules de billard date des années 80, elle a été formulée par les chercheurs Edward Fredkin et Tommaso Toffoli. Or, Ed Fredkin est connu pour avoir le premier popularisé la théorie selon laquelle l’univers entier serait le produit d’une computation (position qui lui est contestée par Stephen Wolfram, qui prétend avoir eu cette idée avant). En fait, ce genre de travaux trouve leur place dans le projet de “programmation du monde” : on peut effectivement faire des ordinateurs à partir de n’importe quoi. D’ailleurs, ce n’est pas la première fois qu’on utilise des êtres vivants pour effectuer un calcul. On a déjà employé une espèce proche du champignon, le physarum, pour résoudre l’algorithme (très compliqué) du “voyageur de commerce”. Neil Gershenfeld, l’inventeur des Fablabs, a quant à lui inventé des “ordinateurs à bulles“, purement liquides, implémentés dans un milieu microfluidique (autrement dit, il ne s’agit pas de bulles de savon, mais de bulles microscopiques se déplaçant le long de parois très fines.).

Mais il y a un autre aspect très important dans l’expérience des crabes. Bien que les groupes de crabes se conduisent comme des boules de billard, ce ne sont pas des boules de billard, mais des systèmes vivants. Le philosophe Gregory Bateson recourait volontiers au roman Alice au pays des merveilles pour expliquer la différence entre le vivant et le monde inorganique étudié par la physique. Si vous tapez sur une balle de golf, vous pouvez en déduire sa vitesse et sa trajectoire uniquement en prenant en compte les différents paramètres de force et de direction imprimés par le club. Mais dans Alice, les joueurs utilisent des flamands roses en guise de clubs. Ceux-ci n’arrêtent pas de bouger, de tourner la tête, ce qui rend bien sûr la partie plus compliquée. Ce que montre les chercheurs de l’université de Kobé c’est qu’il est possible, non seulement de réduire l’effet flamand rose, mais mieux encore, de l’exploiter. Ce n’est pas en contrariant le comportement naturel des crabes que les chercheurs ont réussi à bâtir leurs portes logiques, mais en l’utilisant. C’est en remarquant une caractéristique particulière des crabes soldats, la différence entre les leaders et les suiveurs au sein d’un groupe, qu’ils ont réussi (en partie) leur opération. Ils ont été capables de jouer au golf avec des flamands roses.

La programmation des systèmes vivants et complexes (les “flamands roses”) est un des grands enjeux de demain. Le système des biobricks, par exemple, repose sur l’hypothèse qu’il va être possible de programmer l’ADN à la manière d’un ordinateur, alors que l’environnement de la cellule est un système complexe hautement imprévisible. Déjà, lors de la conférence Artificial Life qui s’est tenue à Paris en août, Ricard Solé se posait la question de savoir s’il était possible d’implémenter des portes logiques au sein d’un organisme vivant, par exemple notre propre corps. Il y existe déjà, comme nous l’avons signalé, des travaux effectués en ce domaine.

En allant plus loin, on peut se demander si des systèmes informatiques naturels, comme celui développé avec les crabes, ne permettraient pas à un écosystème de donner des réponses précises sur son état. Dans un texte important, Rob Carlson se demandait si le meilleur moyen d’assurer la sécurité dans un monde envahi par la biologie synthétique ne serait pas “d’utiliser la biologie contre les risques qu’elle suscite”, autrement dit utiliser des organismes génétiquement modifiés qui changeraient leur apparence ou leur comportement face à une menace environnementale afin de la repérer plus tôt et plus facilement. Peut-être peut-on aller plus loin, et demander à l’écosystème entier de calculer et nous donner certaines réponses plus précises sur les dangers présents.

Enfin, l’article s’achève sur une phrase curieuse (ironie ?) : “aucun crabe, nous affirme-t-on, n’a été malmené ou blessé pendant l’expérience”. Une attention touchante lorsqu’on sait qu’on cuisine allègrement leurs congénères plus volumineux en les plongeant vivants dans l’eau bouillante. Au-delà de son aspect anecdotique, cette note nous amène à nous interroger sur les limites éthiques de la programmation du vivant. Quels organismes nous permettrons-nous d’exploiter dans nos futures computations : des bactéries, des unicellulaires, des vertébrés ? Des foules humaines ?

Rémi Sussan

2 commentaires

  1. par davyka

    “permettre à un écosystème de donner des réponses précises sur son état”. Je vois d’ici le rapport en 3 exemplaires de l’écosystème. “Vous me faites penser aux alchimistes de la Renaissance” ou bien “Si je vous dis toute la vérité, cela vous rendrait schizophrène”, ou encore “Pourriez vous trouvez d’autres planètes à coloniser, histoire de me laisser respirer un peu…”. Des systèmes d’information qui génèrent… d’autres informations… ad lib… L’avenir ne sera pas très rock n’ roll apparemment.

  2. par Olivier

    Pour ce qui est de “permettre à un écosystème de donner des réponses précises sur son état”, je signale une des contributions du recueil “Humains non Humains” qui analyse justement cet aspect. C’est “Des mollusques pour “faire parler” les rivières” de Christelle Gramaglia et Delaine Sampaio da Silva.

    L par contre, les Corbicula sont nettement moins bien traitées que les crabes pour analyser le milieu.