Neil Gershenfeld, le père des fablabs et directeur du Centre des bits et des atomes du MIT, vient de publier une longue conférence vidéo sur la « réalité numérique », sur le site Edge.org, qui propose aussi une version texte de son discours.

Ce long document qui fourmille d’idées brillantes et inédites virevolte volontiers d’un sujet à l’autre – de manière parfois un peu rapide, il faut l’avouer. Cela va de la nature de la fabrication numérique à l’économie des fablabs et de la musique, en passant par une critique des MOOCs et des considérations sur l’avenir de l’éducation à distance.

Image : Nei Gershenfeld via Edge.org.

Mais les points les plus originaux restent sa définition de la « réalité numérique » et son point de vue sur l’avenir de la fabrication.

Tout d’abord, qu’est-ce que le numérique ? Il ne s’agit pas seulement de tout représenter avec des zéros et des uns. Gershenfeld, qui préfère y voir une révolution entamée par Claude Shannon, à l’origine de la théorie de l’information. Celui-ci est le premier à avoir découvert qu’une communication de type numérique (autrement dit codée sous la forme de symboles) permettait une meilleure correction d’erreurs et donc la transmission plus sûre du message qu’une communication analogique passant par des ondes. Si le niveau de bruit est inférieur à un certain seuil, le message peut être transmis correctement. Les parasites et autres grésillements ne sont plus un problème.

Von Neumann s’est contenté d’appliquer les théories de Shannon au calcul. A l’époque, explique Gershenfeld : « Vannevar Bush avait construit un « analyseur différentiel », une salle pleine de roues et de poulies, et les réponses devenaient de plus en plus mauvaises avec le temps. John von Neumann a montré que l’on pouvait obtenir un calcul correct avec un système non fiable, du moment que le calcul se faisait à l’aide de symboles« . On est ainsi passé de la communication numérique à la computation numérique, résume-t-il.

La fabrication numérique : une très, très, très vieille histoire…

Comment la nouvelle notion de « fabrication numérique » s’insère-t-elle dans ce schéma ?

Tout d’abord, elle n’est pas si nouvelle. En fait, la première fraiseuse contrôlée numériquement date de… 1952, la période où Claude Shannon élaborait ses théories sur la communication ! Quant à l’impression 3D elle a été inventée par Chuck Hull dans les années 80. Et elle est loin d’être un élément fondamental de la fabrication numérique. Gershenfeld note que, dans son fablab, l’imprimante 3D n’est utilisée qu’environ 20 % du temps. Les autres machines à commandes numériques sont beaucoup plus efficaces pour bon nombre de tâches.

Mais de toute façon, la « fabrication numérique » n’est pas vraiment numérique : elle reste analogique, provoque Gershenfeld. Le design, la conception sont numériques, mais on continue quand même à travailler le matériau de la manière traditionnelle, en le coupant, en le modelant, bref, autant de techniques « analogiques ».

Une véritable fabrication numérique serait toute autre. Et là aussi, ce n’est pas une nouveauté, puisque son apparition daterait de 4 milliards d’années ! Il s’agit du ribosome, cette partie de la cellule qui utilise le code ADN (via un passage par l’ARN messager) pour fabriquer des protéines. Et pour comprendre la puissance du ribosome, on peut comparer son action à celle d’un enfant jouant au Lego.

Lorsqu’un enfant bricole avec ses Lego, il n’a pas besoin de règle ou de compas. La forme des briques suffit pour créer toutes sortes d’objets : « La géométrie de l’ensemble est déterminée par l’assemblage des parties« , explique Gershenfeld. Première conséquence, l’enfant peut élaborer des structures dont la taille le dépasse. Et c’est pareil avec le ribosome : ses briques Lego sont des acides aminés, qu’il assemble un à un pour créer des structures bien plus grandes que lui. « Vous pouvez fabriquer un éléphant en ajoutant un acide aminé à la fois parce que la géométrie provient des pièces. Dans une imprimante 3D aujourd’hui, ce que vous pouvez faire est limité par la taille de la machine. La géométrie est externe ».

Autre avantage de cette méthode Lego, et on retrouve ici la définition que Gershenfeld a préalablement donnée du numérique : la correction d’erreurs est améliorée. « La tour de Lego est plus précise que ne l’est le contrôle moteur de l’enfant qui la construit parce que la contrainte d’assemblage des briques permet de détecter et corriger les erreurs ». Même chose avec le ribosome : « Dans un laboratoire, quand vous mélangez des produits chimiques le pourcentage de réussite est environ de un sur 100. Dans le ribosome, lors de la fabrique de protéines, le taux d’erreur est de un sur 10⁴, et lorsque vous répliquez l’ADN il y a une étape supplémentaire de correction d’erreur et le taux d’erreur passe à un sur 10⁸ (…) Parce que les pièces sont des éléments discrets, vous pouvez détecter et corriger les erreurs simplement en les associant« .

Mais il existe encore des différences entre la méthode Lego et la fabrication numérique actuelle. On peut associer des briques en Lego fabriquées dans divers matériaux. De même, le ribosome utilise 20 acides aminés différents. Or il est très difficile d’employer plusieurs types de matériaux lors d’une même tâche avec une imprimante 3D.

Enfin, et ce n’est pas le moins important, lorsqu’un enfant en a terminé avec ses Lego, il ne jette pas ses briques. Il en va de même avec le monde du vivant. Lorsqu’un organisme a terminé sa course, il meurt et ses constituants sont réassemblés. En revanche, dans l’univers de la fabrication numérique il y a bien des tentatives de recyclage, mais on ne cherche pas à réutiliser les pièces.

Vidéo : Nathan Sawaya, l’artiste du Lego.

Quand le code est intrinsèque au matériau

Voilà donc en quoi consiste la véritable « fabrication numérique » : « La géométrie créée par les pièces, la détection et la correction des erreurs, l’assemblage de matériaux différents, la séparation et la réutilisation des composants« . Mais l’idée centrale derrière tout cela, assène Gershenfeld, c’est que le code n’est pas étranger au matériau. Il lui est intrinsèque. C’est cela, la « réalité numérique ». Cette idée d’une programmation intrinsèque à la matière, nous l’avons déjà abordée dans nos colonnes, que ce soit avec les travaux un peu spéculatifs sur la matière programmable ou avec les expériences de design de Skylar Tibbits (qui, comme Gershenfeld, travaille au MIT).

Et naturellement, Gershenfeld et son équipe oeuvrent déjà sur ces nouveaux concepts. Ainsi, ils sont en train de réfléchir à une usine portable pour fabriquer des puces. Elle assemblerait à bas prix des circuits intégrés à partir de blocs de composants électroniques. Autre projet, la réalisation, à partir de petites briques, de gigantesques structures ultralégères et durables comme des avions. Gershenfeld affirme travailler aujourd’hui sur des « imprimantes à jumbo jets », « bien qu’il s’agisse plutôt en fait, d’assembleurs« … A noter que le MIT a obtenu un accord avec Airbus pour tester ces nouvelles méthodes de construction.

Gershenfeld s’intéresse aussi à la « géoimpression ». L’idée ici est de créer des systèmes robotiques capables une fois encore d’assembler à la manière des ribosomes des structures de grande taille intégrées sur le terrain, modifiant le paysage. Cela permettrait notamment de protéger les villes et les infrastructures contre des catastrophes comme l’ouragan Katrina en restructurant le terrain, alors qu’aujourd’hui on ne sait guère qu’accumuler des sacs de sable. Et comme on pouvait s’y attendre, l’idée attire également la NASA, qui envisage d’utiliser cette technologie dans l’espace.

Reste enfin le vivant qui est l’inspiration de base de toute cette nouvelle conception de la construction. Gershenfeld travaille avec le biologiste Craig Venter pour créer des systèmes microfluidiques susceptibles d’insérer des génomes artificiels dans les cellules.

A noter aussi que lors de cette conférence Gershenfeld a annoncé qu’en association avec le généticien George Church, il va créer l’année prochaine au MIT un cursus sur le modèle de How to make almost anything (comment faire presque n’importe quoi), son cours sur la fabrication qui a connu un grand succès, et qui s’appellera How to grow almost anything (comment faire pousser presque n’importe quoi). Il y expliquera comment créer des biolabs pour y enseigner la biotech…

Rémi Sussan

Je n’ai abordé ici qu’un des aspects de la longue conférence de Gershenfeld. Si vous avez le temps et si l’anglais ne vous rebute pas, n’hésitez pas à regarder (ou plus simplement à lire) l’intervention intégrale.