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Ingénierie morphogénétique : du développement biologique aux systèmes auto-organisés programmables

Résumé

Des comportements collectifs complexes peuvent résulter de règles
individuelles à base d’agents simples, un fait souvent mis en avant comme
étant la marque distinctive des systèmes complexes. Cependant, la plupart
des motifs émergents bien connus ne sont « complexes » que de façon
relative : soit aléatoires et imprévisibles (taches et rayures éparses, nuées
d’oiseaux mouvantes, groupements sociaux fortuits, etc.) soit imprimés par
des conditions aux limites particulières (sentiers de fourmis tendus entre nid
et nourriture, etc.). Ces phénomènes sont statistiquement uniformes et/ou répétitifs, affichant une « pauvreté
informationnelle » semblable à des textures, mais ne présentant jamais véritablement une architecture
intrinsèque
. En revanche, à un autre extrême, la plupart des structures compliquées faites d’éléments
disposés de façon spécifique sont artificielles et produites par l’inventivité humaine (objets, machines,
édifices, systèmes symboliques, etc.). Elles sont statistiquement hétérogènes, riches en information et,
surtout, reproductibles. Cependant, leur degré d’ordre est entièrement imposé par une conception humaine
délibérée, donc une planification extrinsèque et centralisée.

Entre ces deux catégories de systèmes
(spontanés mais aléatoires d’un côté, structurés mais conçus de l’autre), la morphogenèse biologique fait
figure de cas unique réussissant à combiner auto-organisation et architectures complexes. Les organismes
vivants multicellulaires sont en effet constitués de segments et d’organes structurés et placés très finement –
qui pourraient (presque) donner l’illusion d’artefacts créés par ingénierie – pourtant, ils se sont auto-
assemblés de façon purement décentralisée, guidés par des instructions génétiques et épigénétiques produites
par l’évolution naturelle au cours de millions d’années et déposées dans le zygote. Par conséquent,
l’embryogenèse est un exemple incomparable de complexité programmable. Elle démontre que les systèmes
complexes peuvent également inclure une diversité d’agents, une modularité hiérarchique, et une
reproductibilité.

Prenant inspiration du développement biologique, je propose une « ingénierie
morphogénétique » qui se concentre sur les capacités encore sous-estimées des systèmes complexes d’offrir
de telles propriétés, en même temps (ou malgré le fait) que ceux-ci sont auto-organisés. Ces facultés d’auto-
assemblage précis sont fortement souhaitées dans un grand nombre de systèmes artificiels distribués (robots
en essaim auto-formé, logiciels auto-architecturés, microcomposants auto-connectés). C’est également un
défi important dans des réseaux techno-sociaux complexes faits de myriades d’utilisateurs humains et/ou
d’appareils de calcul mobiles (chaînes de fabrication auto-configurées, groupes d’intervention d’urgence
auto-déployés, grilles d’énergie ou marchés d’échanges auto-régulés).

Pourtant, ce projet recèle des
paradoxes fondamentaux : L’autonomie peut-elle être planifiée ? La décentralisation peut-elle être
contrôlée ? L’évolution peut-elle être conçue ? En d’autres termes, peut-on attendre des caractéristiques
spécifiques de systèmes qui seraient par ailleurs libres de s’inventer eux-mêmes ? Je suggère que la
résolution de ces objectifs apparemment incompatibles réside dans un changement d’échelle de la
conception pour devenir une « méta-conception » (meta-design) : au lieu de construire le puzzle vous-même,
formez les pièces de telle sorte qu’elles le construisent pour vous.

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Sélection de publications

Doursat, R. (2009b) Facilitating evolutionary innovation by developmental modularity and variability. Generative &
Developmental Systems Workshop (GDS 2009), at 18th Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO
2009)
, July 8-12, 2009, Montreal, Canada.
http://doursat.free.fr/research_bio_devo.html

Doursat, R. & Ulieru, M. (2008b) Emergent engineering for the management of complex situations. 2nd International
Conference on Autonomic Computing and Communication Systems (Autonomics 2008)
, September 23-25, 2008,
Telecom Italia Labs, Turin, Italy.
http://doursat.free.fr/research_bio_nets.html

Dernière modification : mercredi 21 octobre 2015