Des volées d'oiseaux aux bancs de poissons dans la mer, ou des termitières imposantes, de nombreux groupes sociaux dans la nature existent ensemble pour survivre et prospérer. Ce comportement coopératif peut être utilisé par les ingénieurs comme « bio-inspiration » pour résoudre des problèmes humains pratiques, et par des informaticiens étudiant l'intelligence en essaim.

La « robotique Swarm » a décollé au début des années 2000, un premier exemple étant le "s-bot" (abréviation de swarm-bot). Il s'agit d'un robot entièrement autonome qui peut effectuer des tâches de base dont la navigation et la préhension d'objets, et qui peuvent s'auto-assembler en chaînes pour franchir des interstices ou tirer de lourdes charges. Plus récemment, Les robots "TERMES" ont été développés comme un concept en construction, et le projet "CoCoRo" a développé un essaim de robots sous-marins qui fonctionne comme un banc de poissons qui échange des informations pour surveiller l'environnement. Jusque là, nous commençons tout juste à explorer les vastes possibilités que les collectifs d'animaux et leur comportement peuvent offrir comme source d'inspiration pour la conception d'essaims de robots.

Des robots capables de coopérer en grand nombre pourraient réaliser des choses qui seraient difficiles, voire impossibles pour une seule entité. Suite à un tremblement de terre, par exemple, un essaim de robots de recherche et de sauvetage pourrait rapidement explorer plusieurs bâtiments effondrés à la recherche de signes de vie. Menacé par un grand feu de forêt, un essaim de drones pourrait aider les services d'urgence à suivre et à prévoir la propagation de l'incendie. Ou un essaim de robots flottants ("Row-bots") pourrait grignoter des plaques de déchets océaniques, alimenté par des bactéries mangeuses de plastique.

La bio-inspiration dans la robotique en essaim commence généralement par des insectes sociaux - fourmis, les abeilles et les termites - parce que les membres de la colonie sont très liés, ce qui favorise une coopération impressionnante. Trois autres caractéristiques séduisent les chercheurs :la robustesse, parce que des individus peuvent être perdus sans affecter les performances ; la flexibilité, parce que les travailleurs sociaux des insectes sont capables de répondre à l'évolution des besoins de travail ; et évolutivité, parce que l'organisation décentralisée d'une colonie est pérenne avec 100 ou 100 ouvriers, 000. Ces caractéristiques pourraient être particulièrement utiles pour effectuer des travaux tels que la surveillance environnementale, qui nécessite une couverture d'énormes, zones variées et parfois dangereuses.

Apprentissage social

Au-delà des insectes sociaux, d'autres espèces et phénomènes comportementaux du règne animal sont une source d'inspiration pour les ingénieurs. Un domaine croissant de la recherche biologique est celui des cultures animales, où les animaux s'engagent dans un apprentissage social pour adopter des comportements qu'ils sont peu susceptibles d'innover seuls. Par exemple, les baleines et les dauphins peuvent avoir des méthodes de recherche de nourriture distinctes qui se transmettent de génération en génération. Cela inclut des formes d'utilisation d'outils - des dauphins ont été observés en train de casser des éponges marines pour protéger leur bec alors qu'ils recherchent des poissons, comme une personne pourrait mettre un gant sur une main.

Formes d'apprentissage social et cultures robotiques artificielles, peut-être en utilisant des formes d'intelligence artificielle, pourrait être très puissant pour adapter les robots à leur environnement au fil du temps. Par exemple, Les robots d'assistance pour les soins à domicile pourraient s'adapter aux différences de comportement humain dans différentes communautés et pays au fil du temps.

Cultures robotiques (ou animales), cependant, dépendent de capacités d'apprentissage qui sont coûteuses à développer, nécessitant un cerveau plus gros - ou, dans le cas des robots, un ordinateur plus avancé. Mais l'intérêt de l'approche "swarm" est de déployer des robots simples, bon marché et jetable. La robotique Swarm exploite la réalité de l'émergence ("plus c'est différent") pour créer une complexité sociale à partir de la simplicité individuelle. Une forme plus fondamentale d'« apprentissage » de l'environnement est observée dans la nature – dans les processus de développement sensibles – qui ne nécessitent pas un gros cerveau.

« Plasticité phénotypique »

Certains animaux peuvent changer de type de comportement, voire développer différentes formes, formes ou fonctions internes, au sein d'une même espèce, malgré la même "programmation" initiale. C'est ce qu'on appelle la « plasticité phénotypique » - où les gènes d'un organisme produisent des résultats observables différents en fonction des conditions environnementales. Une telle flexibilité peut être observée chez les insectes sociaux, mais parfois encore plus dramatiquement chez d'autres animaux.

La plupart des araignées sont décidément solitaires, mais dans environ 20 sur 45, 000 espèces d'araignées, les individus vivent dans un nid partagé et capturent de la nourriture sur un réseau partagé. Ces araignées sociales bénéficient d'un mélange de types de « personnalité » dans leur groupe, par exemple audacieux et timide.

Ma recherche a identifié une flexibilité dans le comportement où les araignées timides assumeraient un rôle laissé vacant par des compagnons de nid audacieux absents. Cela est nécessaire car la colonie d'araignées a besoin d'un équilibre d'individus audacieux pour encourager la prédation collective, et les plus timides pour se concentrer sur l'entretien du nid et les soins parentaux. Les robots pourraient être programmés avec un comportement de prise de risque ajustable, sensible à la composition du groupe, avec des robots plus audacieux entrant dans des environnements dangereux tandis que les plus timides savent se retenir. Cela pourrait être très utile pour cartographier une zone sinistrée comme Fukushima, y compris ses parties les plus dangereuses, tout en évitant que trop de robots de l'essaim soient endommagés à la fois.

La capacité d'adaptation

Les crapauds de canne ont été introduits en Australie dans les années 1930 comme antiparasitaire, et sont depuis devenus eux-mêmes une espèce envahissante. Dans de nouvelles régions, les crapauds de canne sont considérés comme quelque peu sociaux. L'une des raisons de leur croissance en nombre est qu'ils sont capables de s'adapter à une large plage de températures, une forme de plasticité physiologique. Des essaims de robots capables de changer de mode de consommation électrique, en fonction des conditions environnementales telles que la température ambiante, pourrait être considérablement plus durable si nous voulons qu'ils fonctionnent de manière autonome sur le long terme. Par exemple, si nous voulons envoyer des robots sur la carte de Mars, ils devront faire face à des températures pouvant osciller entre -150°C aux pôles et 20°C à l'équateur.

En plus de la plasticité comportementale et physiologique, certains organismes présentent une plasticité morphologique (de forme). Par exemple, certaines bactéries changent de forme en réponse au stress, devenant allongé et donc plus résistant au fait d'être "mangé" par d'autres organismes. Si des essaims de robots peuvent se combiner de manière modulaire et se (ré)assembler dans des structures plus adaptées, cela pourrait être très utile dans des environnements imprévisibles. Par exemple, des groupes de robots pourraient se regrouper pour plus de sécurité lorsque le temps prend une tournure difficile.

Qu'il s'agisse des "cultures" développées par des groupes d'animaux qui dépendent des capacités d'apprentissage, ou la capacité plus fondamentale de changer de « personnalité », fonction ou forme interne, Swarm robotics a encore beaucoup de chemin à parcourir pour s'inspirer de la nature. Nous pourrions même souhaiter mélanger et assortir les comportements de différentes espèces, pour créer nos propres "hybrides" de robots. L'humanité est confrontée à des défis allant du changement climatique affectant les courants océaniques, à un besoin croissant de production alimentaire, à l'exploration spatiale - et la robotique en essaim peut jouer un rôle décisif si la bio-inspiration est appropriée.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.