Quiconque a vu une volée d'étourneaux se tordre et tourner dans le ciel s'est peut-être demandé :comment manœuvrent-ils en formation aussi rapprochée sans entrer en collision ?

"De nombreux types d'animaux essaiment ou se rassemblent ou se déplacent de manière coordonnée, " dit Nicolas Ouellette, professeur agrégé de génie civil et environnemental à Stanford. "Aucun animal individuel ne sait ce que font tous les autres animaux, pourtant, d'une manière ou d'une autre, ils se déplacent de manière cohérente en tant que groupe. »

Comprendre précisément comment ils font cela, Ouellette dit, peut être une clé pour aider les ingénieurs à concevoir des "troupeaux" de drones aériens et de voitures sans conducteur. L'émulation d'essaims d'animaux est attrayante car non seulement ils fonctionnent sans contrôle central, mais ils sont également tolérants aux pannes, pour utiliser un terme d'ingénierie, ce qui signifie qu'ils peuvent s'adapter rapidement et gracieusement à des conditions soudaines ou inattendues. Les essaims sont également résilients dans la mesure où ils peuvent opérer dans des conditions sales, environnements perturbés.

Ouellette et son équipe se sont donc lancés dans une série d'études qui explorent comment les essaims d'animaux développent le genre de systèmes auto-organisés et auto-régulés qui permettraient à des appareils tels que des drones et des capteurs mobiles de fonctionner de manière sûre et efficace, sans le genre de commandes descendantes qui caractérisent, par exemple, quelque chose comme le système de contrôle du trafic aérien.

Plutôt que d'examiner des étourneaux ou d'autres oiseaux, ce qui serait peu pratique à étudier en laboratoire en raison de l'espace dont ils ont besoin pour voler, Ouellette et son équipage observent des moucherons non piqueurs, un type d'insecte volant que l'on trouve souvent près de l'eau ou à l'ombre des arbres. Contrairement aux étourneaux, dont les formations gracieuses, appelés murmures, fais nous regarder le ciel, les moucherons bourdonnent dans le chaos, masses semblables à des nuages. Mais, dit Ouellette, les essaims de moucherons partagent encore des caractéristiques communes avec les troupeaux d'oiseaux et d'autres groupes d'animaux, en ce que les essaims restent cohérents sans aucun contrôle ou leadership extérieur.

"Les moucherons sont si petits, ils sont faciles à conserver dans un laboratoire, " dit Ouellette. " Ils pullulent au crépuscule et à l'aube et sont faciles à repérer avec des lumières. " Dans son laboratoire, les moucherons vivent dans un cube en plastique d'environ 5 pieds, entouré de caméras ultra-rapides qu'il utilise pour reconstituer les trajectoires 3D de chaque insecte - direction, accélération - toutes les informations cinématiques essentielles nécessaires pour caractériser les mouvements d'essaim.

Le travail en laboratoire permet à l'équipe d'Ouellette de faire des expériences pour tester différents modèles. L'équipe commence par les données observées prises à partir des images de la caméra. Ensuite, ils utilisent ces données pour tester des hypothèses sur les types de règles qui pourraient régir les mouvements des moucherons. Mais parce que le comportement naturel des essaims ne fournit pas suffisamment d'informations pour faire la distinction entre de nombreuses hypothèses, les chercheurs perturbent également l'essaim en utilisant la lumière et le son pour observer si le véritable essaim est affecté comme leurs règles proposées l'avaient prédit.

Ouellette dit qu'il est trop tôt pour concevoir des systèmes artificiels qui se comportent de la même manière que les groupes d'animaux. Mais son équipe développe le type d'environnement expérimental que d'autres chercheurs pourraient un jour utiliser pour construire et tester des systèmes de haute technologie basés sur la sagesse ascendante des essaims plutôt que sur les règles descendantes qui caractérisent de nombreuses entreprises technologiques.

"En tant qu'ingénieurs, nous aimons contrôler les choses, " dit Ouellette. "Mais nous avons beaucoup à apprendre des insectes et d'autres animaux qui fonctionnent très bien sans cadres de commandement et de contrôle humains."