Introduction à l’intelligence collective

Après la lecture du livre ’Les fourmis’ de Bernard Werber on regarde d’une autre façon la petite bestiole à 6 pattes : comment une si petite créature peut-elle construire des nids aussi complexes ? Comment peuvent eles créer une société avec ses guerres, ses grands travaux, ... ? Quels sont les mécanismes qui permettent à chaque individu de régler ses activités de façon à favoriser la survie de son espèce ?

Vu d’en haut (c-à-d de nos yeux) , on a l’impression que quelque chose dirige l’activité de ces insectes : la reine serait elle cet agent invisible ?

Vers 1950, des membres de l’école d’entomologie française parièrent plutôt sur l’idée que ce comportement global résulte d’une multitude d’intéractions locales (ou individuelles).

Un des auteurs de cet article qui sert de référence (Jean-Louis Deneubourg) se rendit compte que ces phénomènes correspondent à des phénomènes d’auto-organisation qui résultent d’interactions entre individus et avec leur environnement :

« Les sociétés d’insectes nous proposent un modèle de fonctionnement bien différent du modèle humain : un modèle décentralisé, fondé sur la coopération d’unités autonomes au comportement relativement simple et probabiliste, qui sont distribuées dans l’environnement et ne disposent que d’informations locales.

Les insectes possèdent un équipement sensoriel qui leur permet de répondre aux stimulations : celles qui sont émises par leurs congénères et celles qui proviennent de leur environnement. [...] Elles sont attractives ou répulsives, inhibitrices ou activatrices.
Dans les sociétés d’insectes, le ’projet’ global n’est donc pas programmé explicitement chez les individus, mais émerge de l’enchaînement d’un grand nombre d’interactions élémentaires entre individus, ou entre individus et environnement. Il y a en fait intelligence collective construite à partir de nombreuses simplicités individuelles. [...]
Dans les sociétés d’insectes, mais pas seulement chez elles, les communications entre individus ont souvent un caractère amplifiant : lorsqu’un individu est actif en un endroit, il stimule ses congénères à se comporter de la même manière que lui. [...]

Le recrutement alimentaire, par exemple, un ’éclaireur’, qui découvre par hasard une source de nourriture, rentre au nid en traçant une piste chimique. Cette piste stimule les ouvrières à sortir du nid et les guide jusqu’à la source de nouriture. Après s’y être alimentées, les fourmis ainsi recrutées rentrent au nid en renforçant à leur tour la piste chimique. [...]
Considérons le cas où les deux sources sont de richesse différente. [...] Au début, les deux sources seront exploitées de manière plus ou moins égale. Mais, assez rapidement, l’énorme majorité des fourmis se retrouveront sur la piste conduisant à la source la plus riche.
Aucune fourmi n’est informée des choix existants, aucune fourmi-chef ne dirige les opérations. Le choix résulte simplement de la compétition de deux informations, à savoir les deux pistes qui mènent aux sources de nourriture.
Ces pistes sont en compétition dans la mesure où elles puisent au même stock : les fourmis qui sortent du nid. Toute fourmi attirée par une piste renforce cette piste, et renforce par conséquent son attrait. [...] Au niveau de la société des fourmis, il y a donc bien un choix collectif, construit avec des individus ne disposant que d’informations locales, mais interagissant fortement les uns avec les autres.
Cette capacité collective peut cependant se faire piéger et conduire la société à des choix qui, en termes énergétiques, ne sont pas les meilleurs. Ainsi par exemple, lorsqu’une colonie de fourmis découvre une source de nourriture et se met à l’exploiter, son inertie fera qu’en cas de découverte ultérieure d’une source plus intéressante, elle restera prisonnière de son premier choix, incapable de redéployer son activité.

[...] Une colonie d’insectes est capable, grâce à des communications amplifiantes mais modulées, de réagir avec une efficacité qui dépasse de loin l’échelle et les capacités des individus qui la constituent. Les décisions collectives qui émergent sont le résultat de découvertes individuelles aléatoires et d’une compétition entre informations plus ou moins précises. La robustesse et la simplicité d’une telle procédure justifie sans doute la fréquence de son utilisation par le monde animal.

Les insectes ne font pas une analyse préalable de la situation, suivie d’un échange d’informations destiné à résoudre le problème. L’existence de quelques règles comportementales ’entraînent’ simplement la solution, sans qu’il y ait élaboration de stratégie. Chez les insectes, la décision n’est pas séparée de l’action. [...]

Je ne veux pas suggérer par là que le registre comportemental des insectes sociaux est simple, voire simpliste. Ce que j’essaie de mettre en évidence est que l’obtention de comportements collectifs très variés et très élaborés n’exige pas toujours de faire appel à des comportements individuels très variés ou très élaborés. Le hasard, plus des individus et des événements nombreux obéissant à quelques règles simples de caractère autocatalytique, suffisent souvent à organiser les sociétés d’insectes. [...]

On s’est évidemment demandé s’il était possible de transférer le modèle ’fourmi’ d’intelligence collective à des systèmes technologiques, et à quoi cela ressemblerait.

[...] Chaque robot dispose d’un équipement sensoriel et de communications relativement simple lui permettant de réagir aux signaux émis par ses congénères et aux signaux provenant du reste de son environnement. Les signaux ne sont pas codés. Seule leur intensité est exploitée pour provoquer des réactions.
La solution globale du problème posé à ces robots n’est pas programmée explicitement. Elle émergera donc, comme chez les fourmis, d’un grand nombre d’interactions. En pratique, dans les expériences conduites avec les robots, on considère qu’ils ont trouvé la solution recherchée lorsqu’ils réussissent à se regrouper, se réorganiser spatialement, d’une certaine manière.
On constate, il est vrai, que les solutions de réorganisation spatiale émergeant de l’intelligence collective des robots sont moins efficaces que ne l’eussent été des solutions explicites générées dans une situation d’information parfaite. Elles exigent, en revanche, de la part de chaque robot individuel, des performances moindres. [...]

On a vu plus haut que les sociétés d’insectes consacrent beaucoup d’efforts à assembler et trier des objets sur la base de mécanismes d’amplification. Les robots sociaux peuvent, aujourd’hui déjà, mimer de telles activités. Rassembler des objets sur la base de mécanismes amplificateurs, par exemple : grossièrement parlant, le robot est encouragé à abandonner près d’un tas existant les objets qu’il porte ou qu’il pousse. [...]

Je n’ai parlé, jusqu’à présent, que de robots mobiles. Mais les robots fixes peuvent également générer de intelligence collective. [...] Considérons les régulations thermique, chimique, etc., dont sont capables les insectes sociaux (les termites en particulier), pour conclure qu’ils ont découvert la domotique bien avant nous !
Leurs solutions sont cependant différentes des nôtres. Ils décentralisent en effet beaucoup, ce qui, à ce stade de l’article, ne saurait surprendre le lecteur, et exploitent au maximum les caractères physiques et chimiques des phénomènes, dont les variations sont perçues comme autant de communications. [...]

L’étude des sociétés d’insectes suggère que si ces unités échangeaient des informations entre elles, elles seraient capables de générer des comportements collectifs intelligents, avec une robustesse et une souplesse d’utilisation inaccessibles aux systèmes de contrôle classiques centralisés. »

[ Le Temps stratégique, n° 65, Genève, Septembre 1995 ].

Rentrons maintenant dans le vif du sujet : A l’intérieur d’un nid de fourmis, on se rend compte que les éléments du couvain (oeufs, larves, cocons, ...) sont triés. C’est le travail des ouvrières de réaliser ce tri.

Le but du programme est de modéliser ce comportement des ouvrières lorsqu’elles trient leur nid.

P.-S.

Cette présentation prend ses sources dans l’article écrit dans le mensuel ’Pour la Science n°198, Avril 1994’ par Guy Theraulaz, Éric Bonabeau, Simon Goss et Jean-Louis Deneubourg.