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Quand la nature devient une source d’inspiration pour l’intelligence artificielle

En juin dernier à Châteauroux, un groupe d’élèves franco-allemands a réalisé la prouesse d’assembler le plus long blob du monde, d'une longueur de 53,9 mètres, mettant ainsi la lumière sur cette espèce fascinante, mais souvent méconnue du grand public. Le blob (Physarum polycephalum) est un organisme unicellulaire, ni animal, ni végétal, ni champignon, capable d’explorer, résoudre des problèmes, s'adapter à de nouvelles situations, décider entre des plans d'action alternatifs – tout cela sans cerveau. Le raisonnement de cette espèce pousse parfois à se demander si l’homme est réellement l’espèce la plus intelligente qui existe…


C’est d’ailleurs la question que se posent aujourd’hui beaucoup de scientifiques, notamment dans la recherche alliant intelligence artificielle et biomimétisme. Doit-on penser l’intelligence artificielle autrement ? L’IA peut-elle apprendre du vivant ? Est-ce qu’en mimant les comportements de certains organismes, nous parviendrons à une IA encore plus performante ? C’est ce que nous allons essayer de traiter dans cet article.


Le biomimétisme, un processus qui inspire la technologie dans son ensemble


La technologie s’est toujours inspirée du vivant

Le biomimétisme repose sur l'économie de la connaissance, à savoir transformer les connaissances humaines acquises afin de les développer, de les faire évoluer, et ainsi permettre l'acquisition de nouvelles compétences. Interdisciplinaire, il inspire de nombreux secteurs comme la médecine, la recherche, l’industrie, l’architecture, la défense, etc. L’objectif principal du biomimétisme est clair : challenger et repenser nos modes de fonctionnement afin de développer des systèmes davantage équilibrés et durables.


Au fil du temps, les cas d’application se sont multipliés. Pour preuve, ces 3 exemples qui nous ont marqués :

  • C’est en observant par hasard un fruit de bardane accroché aux poils de son chien que George De Mestral, fondateur de Velcro Compagnies, eu l’idée du système de fixation « Scratch ». Ce système de fermeture rapide s’inspire en effet des épines de ce fruit qui se terminent par des crochets déformables capables de s'accrocher et d’ensuite retrouver leur forme originale.

  • Au Zimbabwe, les ingénieurs à l’origine du centre commercial Eastgate Building se sont inspirés du fonctionnement des termitières dans leur processus de construction. En effet, la termitière est un exemple en termes de régulation de la température : la journée les trous de la base de la termitière s'ouvrent afin de laisser entrer l'air chaud ; le soir les termites se rassemblent pour fermer les trous dans le nid afin de stocker la chaleur à l'intérieur de la termitière. Ces ingénieurs ont ainsi pu construire un centre 90% moins énergivore et capable d’autoréguler sa température.

  • Enfin, la peau de requin, composée de petites écailles rainurées, a de son côté inspiré les fabricants de produits aquatiques. En effet, ces derniers ont reproduit l’effet riblet créé par les petits sillons des écailles des requins, qui permet à l'eau de mieux circuler sur la peau et donc de gagner en aérodynamisme. La reproduction de cette structure a ainsi largement été utilisée dans la fabrication de combinaisons de plongée, coques de bateaux ou même revêtements d'avions.

L’intelligence artificielle a naturellement suivi ce chemin

Connue comme source de concurrence technologique et économique, c’est tout naturellement que l'intelligence artificielle a commencé à s’intéresser aux comportements du vivant. De nombreux chercheurs en IA et en robotique collaborent avec des biologistes et des spécialistes du comportement afin de développer des algorithmes aptes à résoudre des problèmes de plus en plus complexes. Ils s’inspirent notamment des comportements sociaux des essaims d'insectes, des bancs de poissons, etc. Ces expériences permettent de créer des systèmes artificiels numériques expérimentaux, avec de plus en plus de cas d’usage.


C’est le cas des ordinateurs quantiques par exemple. S’ils sont capables de résoudre des problèmes complexes et de rechercher des informations cibles à une vitesse record parmi un vaste ensemble de données ; ces derniers font face à un problème structurel : une extrême sensibilité au phénomène de décohérence, qui réduit parfois leur espérance de vie à quelques secondes. Or, cet effet existe également depuis plusieurs années chez certaines plantes et animaux (pour la magnétoréception ou la photosynthèse par exemple). C’est pourquoi des chercheurs essayent aujourd’hui de comprendre comment ces systèmes vivants réussissent à se protéger de ce phénomène de décohérence. Si ces études aboutissent, nous pourrions arriver à implémenter dans nos ordinateurs quantiques une puissance de calcul inimaginable et fiable.


Mais l’IA peut également apprendre de notre propre corps humain et plus particulièrement de notre manière de penser / réfléchir. Le cerveau et ses neurones font en effet l’objet de travaux scientifiques, auxquels se sont intéressés de grands fabricants de semi-conducteurs. C’est notamment le cas de l’Américain Intel qui a noué depuis 2020 un partenariat avec le laboratoire Sandia National, afin de développer des applications neuromorphes. De ce partenariat, est né l’année dernière la neuropuce « Loihi 2 », un processeur à base de neurones programmables. Son objectif est simple : profiter de l'efficacité du cerveau biologique, bien supérieure à celle d'un CPU classique. La puce « Loihi 2 » copie le fonctionnement de notre cerveau en faisant notamment communiquer entre eux les cœurs à la manière des synapses. À ce jour, les champs d’application de cette puce sont les suivants : bras robotiques, peaux neuromorphiques et détection olfactive.


IA et biomimétisme : la course à l'expansion des capacités de calculs


L’ensemble des travaux réalisés sur l’IA et le biomimétisme, ainsi que sur l'informatique neuromorphique, ont pour but de nous faire progresser dans l’efficacité énergétique, la vitesse de calcul, l'efficacité de l'apprentissage, etc. dans toute une série d'applications de pointe.


Pour autant, si la technologie avance, un problème de fond subsiste. En effet, s’inspirer du biomimétisme permet essentiellement de décupler la puissance de calculs des systèmes. En se focalisant sur cet aspect de l'IA, on en vient à oublier comment fonctionnent et raisonnent les algorithmes de calculs. Ainsi, plutôt que se concentrer uniquement sur la performance, il serait intéressant de s’inspirer du vivant pour refondre les raisonnements algorithmiques que nous utilisons. C’est pourquoi nous considérons les études sur l’informatique neuromorphique comme les plus intéressantes, car ces dernières cherchent à aller au-delà de la capacité technique des technologies. L’intelligence artificielle repose autant sur son environnement informatique que sur l'efficience de ses algorithmes, alors pourquoi se concentrer uniquement sur le premier.

 

Si les cas d’usage sont pour l’instant relativement peu connus ou mis avant, nul ne doute que le biomimétisme a encore beaucoup d’avenir. Les mentalités évoluant fortement sur l’urgence climatique, la nécessité d’adopter des comportements plus respectueux de l’environnement est centrale. Le biomimétisme, à juste titre, a déjà prouvé son efficacité sur ce sujet. Dans le même temps, la volonté de l’homme à toujours vouloir repousser les limites de la technologie et de maximiser la puissance des outils poussera également à chercher de nouvelle manière de penser/de faire, afin de surmonter les murs technologiques existants.

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