Un article paru fin mai dans IEEE Spectrum, sous la plume de Philip Ball, fameux écrivain scientifique britannique, fait le point sur la matière programmable.

De quoi s’agit-il ? C’est en quelque sorte le lien entre l’internet des objets (qui existe déjà techniquement, même si son usage reste restreint) et l’univers « science-fictionesque » de la nanotechnologie d’Eric Drexler, avec ses assembleurs universels capables de créer tout et n’importe quoi – et éventuellement de détruire le monde à coup de gelée grise. Pour résumer, on pourrait dire que la matière programmable se situe au niveau micro, et non nano. Les projets dans ce domaine reposent essentiellement sur la création de petits composants de type grains de sable, susceptibles de s’assembler entre eux pour adopter n’importe quelle forme : un objet, comme une voiture dans la vidéo ci-dessous, voire l’image d’un être humain, une espèce d’avatar qui se manifesterait dans le monde réel.

Première observation : pour un sujet aussi futuriste, l’article de Ball repose finalement sur des travaux assez anciens. Il met ainsi en exergue deux types de recherches. La première, celle de Seth Goldstein à la Carnegie Mellon University avec la claytronique, dont nous avons parlé dans InternetActu en… 2007 (ça ne nous rajeunit pas). La seconde, celle du MIT, a été présentée plus récemment dans nos colonnes, en 2012.

Dans un autre article sur la vie artificielle, je notais également le même phénomène : certaines des recherches mentionnées dataient déjà de plusieurs années. Que déduire de tout cela ?

Il y a une interprétation pessimiste et une autre optimiste. La première se contente de noter que ces recherches n’avancent pas et qu’on nous ressert toujours les mêmes exemples, à peine réchauffés. L’autre nous explique que lorsqu’on touche au domaine de la vraie innovation, celle qui crée des ruptures, il n’est pas rare, comme en recherche fondamentale, de poursuivre des travaux sur dix ou vingt ans, sans multiplier les annonces hystériques à présenter à TED tous les six mois.

Toujours est-il que Ball nous apporte quand même quelques nouvelles et infos supplémentaires sur la clatytronique et sur les travaux du MIT.

Premier exemple donc, la claytronique. Rappelons que cette technologie en gestation consisterait à créer des « grains de sable », ou « catomes », capables de s’assembler magnétiquement pour produire n’importe quel objet. Lorsque j’ai écrit sur le sujet, en 2007, ces grains de sable n’existaient pas encore, mais les chercheurs avaient créé des prototypes un peu (beaucoup) plus gros, des cylindres d’environ cinq centimètres de diamètre. Depuis, nous affirme Ball, ces objets se sont quelque peu miniaturisés. On a fabriqué des catomes cylindriques d’environ 1mm de diamètre, capables de communiquer et recevoir de l’énergie. Seul petit problème, ils ne bougent pas encore, mais selon Goldstein, ce serait pour bientôt. Goldstein imagine même un « Turing test de l’apparence » : une forme programmée qui se révèlerait impossible à distinguer de l’objet original réel. Il rêve aussi à la multitude d’applications potentielles : « Des applications telles que les instruments chirurgicaux injectables, les téléphones cellulaires transformables et de la télévision 3D interactive grandeur nature ne sont que la pointe de l’iceberg « , explique-t-il.

Daniela Rus du MIT travaille aussi avec de « ‘gros » grains de sable, des cubes et non plus des cylindres. Rappelons que son équipe avait réussi a démontrer virtuellement la capacité pour de tels grains de s’assembler en une forme particulière, tout en utilisant un type d’algorithmique distribuée, sans serveur central, à la manière des automates cellulaires. Depuis 2012, date de l’article présentant cette recherche dans InternetActu, les choses ont un peu avancé, puisque l’équipe de Daniela Rus a élaboré des « m-cubes » (vidéo) susceptibles de rouler sur eux-mêmes et aussi de grimper les uns sur les autres. Un petit point d’avance donc sur l’équipe de Goldstein en matière de mouvement, mais cette dernière l’emporte dans le domaine de la miniaturisation.

Évidemment, créer de tels micro-systèmes capables de se déplacer et communiquer reste pour l’instant hypothétique. Toutefois, les progrès actuels en micro-électromécanique, ce qu’on appelle les MEMS, permettent de l’envisager dans un futur proche. Mais Ball n’ignore pas non plus l’autre voie. Celle, plus bottom up, plus « nano », qui consiste à contrôler et manipuler des objets préexistants de taille moléculaire. Outre le cas de l’origami ADN, il parle par exemple de certaines particules capables de se déplacer grâce à des réactions chimiques qui leur sont propres et de former des patterns complexes. On ne sait pas encore, manipuler à volonté les mouvements de ces particules, explique Ball, mais les chercheurs ont montré qu’il était possible de les influencer à l’aide d’ondes radio ou de champs magnétiques ; et il serait possible à l’aide telles méthodes de déclencher des signaux neuraux ou libérer de l’insuline par exemple.

Une algorithmique d’un nouveau genre

En tout cas, comme le précise Ball, ces futurs systèmes de matières programmables devront se conformer à une certaine forme d’algorithmique. Tout d’abord leurs composants étant très petits, ils ne pourront disposer de grosses unités de calcul ou de mémoire. Ils devront être peu onéreux. Et surtout, il faudra créer des systèmes de programmation distribués sans « serveur » ni commandement central.

Dans ce secteur les travaux sont nombreux, notamment dans le domaine des « meutes de robots », dont les prototypes se multiplient ces temps-ci.

De fait, entre les collectifs de robots et la matière programmable, il n’existe guère de différence, sinon la taille. Les robots d’un swarm, d’un essaim formant une intelligence distribuée, sont généralement plus gros, et bien qu’ils s’assemblent entre eux pour former un ensemble émergent, ils restent en général distincts les uns des autres. Mais les questions algorithmiques restent les mêmes.

Robotique, autoassemblage et matière programmable sont intrinsèquement liés : pour preuve, la toute dernière recherche de l’équipe de Daniela Rus, qui nous a déjà donné les m-blocks : un robot imprimable (cela en soi n’est pas nouveau), et surtout, capable de s’autoassembler. Dans deux papiers sortis ce mois-ci (après la publication de l’article de Ball), des membres de ce groupe présentent un projet de technique destinée à générer les composants 2D imprimables d’un robot. En exposant ensuite ces composants la chaleur, en les « cuisant », le robot devrait se former de lui-même. Il s’agit pour l’instant d’une pure réflexion théorique et il n’existe pas de prototype fonctionnel.

Si les progrès nécessaires en matière de hardware restent à accomplir, ils bénéficient finalement d’une feuille de route assez simple : miniaturiser ! La création du software distribué est, pour sa part, encore bien incertaine. Cela fait plus de deux décennies qu’on planche sur le sujet, les expériences se sont multipliées, tant dans le monde réel que virtuellement, et pourtant ce genre de procédé demeure encore un objet d’étude et ne connaît pas d’applications pratiques. Comment interpréter cela ? Selon l’optique pessimiste ou optimiste ?

Rémi Sussan