Version imprimable Suggérer par mail
 Une propriété connue des insectes sociaux depuis plusieurs dizaines d’années. Les mécanismes d’auto-organisation de ces espèces s’avèrent aujourd’hui essentiels aux secteurs de la robotique et de l’intelligence artificielle. Par Maxence Layet

 Raphael Jeanson
est chercheur au centre de recherche en cognition animale de l’Université Paul Sabatier, à Toulouse.

Elles sont là, quelque part, tapies dans l’ombre, un recoin humide, immobiles les unes à côté des autres.

L’histoire Du Cafard Automate
C’est une imposture peu banale que vient de mener à bien une équipe de biologistes et d’ingénieurs européens. Coordonné entre 2002 et 2005 par le Belge Jean-Louis Deneubourg, responsable du service d’écologie sociale de l’Université Libre de Bruxelles, et financé à hauteur de 1,5 million d’euros par le programme “Future & Emerging Technologies” de l’Union Européenne, le projet Leurre a introduit un mini-robot dans une société de blattes et essayé d’influencer la prise de décision du g…

Attendant leur heure pour venir grignoter le moindre déchet laissé à traîner. Les blattes – appelées aussi cafards ou cancrelats – sont une véritable nuisance très difficile à déloger des habitations négligées. Ces insectes sont pourtant élevés en quantités dans de nombreux labos à travers le monde. Objectif : percer les secrets de leur intelligence collective. Capables de résoudre en groupe d’une petite dizaine à plusieurs milliers d’individus des problèmes d’une étonnante complexité, les « insectes sociaux » font aujourd’hui l’objet de toutes les attentions. Recherche de sources de nourriture, construction de l’habitat, défense coopérative, division du travail… Les capacités de coordination et d’action collective des abeilles, des guêpes, des termites, des fourmis titillent l’intérêt des scientifiques depuis longtemps. Un effort de compréhension également focalisé sur le cafard, par commodité. « Malgré des degrés de sophistication de la communication différents, il semblerait que les règles de comportement présidant à l’agrégation ou aux prises de décision collective soient similaires entre les fourmis, les araignées et les cafards » explique Raphaël Jeanson, chercheur au Centre de Recherche en Cognition Animale de l’Université Paul Sabatier, à Toulouse, et spécialiste des processus de regroupements et d’interactions des arthropodes (animaux dotés d’une carapace articulée). « Une des caractéristiques des blattes – c’est la raison pour laquelle on s’y intéresse – est qu’elles présentent des comportements sociaux très simples. Ces insectes grégaires nous permettent ainsi d’identifier certaines règles préliminaires de la socialité et de voir si ces règles existent également chez des espèces plus sophistiquées, comme les fourmis par exemple. »

En présence de congénères, les choix individuels deviennent optimaux, car l’ensemble du groupe participe à la décision.

Un cafard, cela avance ou reste immobile. Tel un interrupteur on – off. En général, chez les blattes, un même insecte va s’arrêter 6 fois sur 10 après avoir buté contre un obstacle ou une autre blatte. Mais cette probabilité augmente avec

la taille du groupe. « Si l’on regarde les processus d’agrégation, c’est-à-dire comment des individus se rassemblent, la probabilité pour un individu de s’arrêter dans un groupe augmente avec la taille de celui-ci tandis que la probabilité pour un individu de le quitter va, elle, diminuer. Nous avons un effet d’amplification, un effet “boule-de-neige”, où plus le groupe de fourmis ou de blattes est important, plus il va attirer du monde et moins on aura tendance à le quitter. Dans une espèce comme dans l’autre, les individus répondent localement à la densité de leurs congénères. Dans ce cas, leurs règles de comportement sont parfaitement similaires. » L’intelligence collective des blattes combine deux types de mécanismes. L’un, individuel, repose sur le comportement réponse d’une simple blatte face aux modifications de son environnement. La préférence de s’arrêter sous un abri plutôt qu’en dehors par exemple. Ou, dans le cas d’abris de qualité différente, transparent ou foncé, la préférence à choisir un abri foncé. Le second mécanisme émerge avec l’introduction progressive de congénères. D’abord 1, puis 2, puis 3, jusqu’à 10. Reste alors, au fil des modifications de l’environnement, à minutieusement observer les évolutions de la réponse individuelle, et celle, collective, apportée par le groupe de cafards dans son choix de s’agréger sous l’un des deux abris.

Premiers pas artificiels
Les films des expériences réalisées dans les enceintes circulaires du laboratoire toulousain ont permis à la fois de dégager les tendances du comportement collectif (sous forme de modèles de probabilités), mais aussi de quantifier, à l’échelle individuelle, les interactions sociales observées entre chaque cafard. Distance parcourue, temps de stationnement, nombre de contacts antennaires, etc. « En présence de congénères, les choix individuels deviennent plus optimaux, car l’ensemble du groupe participe à la décision, résume Raphaël Jeanson. La présence des congénères amplifie, en la renforçant, la préférence individuelle… y compris dans l’accès aux ressources environnementales que représentent les abris. Ce renforcement accroît la capacité cognitive de chaque individu et aboutit à une réponse collective, élaborée, tout à fait appropriée. » (Voir l’encadré sur la stigmergie). Ces groupes d’insectes sans chef d’orchestre, à l’intelligence également distribuée, fonctionnent de fait à l’image d’un système décentralisé. L’aptitude à prendre la meilleure décision, à résoudre une tâche complexe, émerge logiquement, de la somme des interactions individuelles et de leur adaptation continuelle à un environnement changeant. Les lois, les règles, structurant cette masse grouillante d’échanges d’information, peuvent alors s’exporter et servir de modèle à d’autres systèmes. Artificiels cette fois, dans le domaine notamment des agents intelligents ou de la robotique collective.

Qu’est-Ce Que La Stigmergie ?
Forgée par le biologiste français Pierre Paul Grassé à la fin des années 1950 à partir des mots grecs stigma (piqûre) et ergon (travail), la stigmergie désigne l’habilité des insectes à coordonner leurs activités à l’aide d’interactions rudimentaires, directes et indirectes. En clair, les actions d’un insecte agissent comme des stimuli, suscitant des comportements réflexes de la part des autres membres de la colonie. Cette boucle de rétroaction – on parle de feedback positif ou négatif – …

« Outre notre participation au projet Leurre, l’équipe a implémenté les règles de comportement des blattes dans des petits robots programmables similaires aux InsBot, les Alice, avec lesquels on parvient à retrouver la production de structures collectives similaires à celles relevées chez les blattes. Les robots s’agrègent ou sélectionnent des abris de la même façon » confirme Raphaël Jeanson. Les chercheurs s’interrogent sur l’émergence de la coopération dans les sociétés animales, défrichant par exemple les modèles de comportement de la poule ou du mouton. Une nouvelle frontière que les scientifiques explorent… à plusieurs ! ♦

Les sociétés animales : pigeons, fourmis et ouistitis. Luc-Alain Giraldeau, Frank Cézilly, Guy Théraulaz. Le Pommier, 2006
« Self-organized aggregation in cockroaches. » R. Jeanson, C. Rivault, J. L. Deneubourg, S. Blanco, R. Fournier, C. Jost, and G. Theraulaz. Animal Behaviour 69, 2005.
Le projet Swarbot : les mécanismes d’auto-organisation des insectes sociaux appliqués à des robots autonomes capables de s’assembler: http://www.swarm-bots.org/
Centre de Recherches sur la Cognition Animale, CNRS / Université Paul Sabatier: http://cognition.ups-tlse.fr/