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Intelligence collective : l'optimisation par colonie de fourmis

Dossier - Vie artificielle : les systèmes inspirés de la nature
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Depuis une trentaine d'années, des chercheurs d'horizons divers contribuent à ce nouveau domaine qu'ils ont baptisé Artificial Life. Plus qu'une discipline scientifique au sens strict, la vie artificielle est un regroupement de travaux hétéroclites, ayant pour point commun de s'inspirer directement et explicitement des caractéristiques du vivant.

  
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La capacité des insectes sociaux à réaliser des tâches hautement complexes a également inspiré les informaticiens et donné lieu au concept d'intelligence collective articulé autour des mécanismes d'auto-organisation. L'optimisation par colonie de fourmis n'est qu'une des nombreuses applications de ce domaine.

Fourmis transportant des feuilles. © Simon Dannhauer, Shutterstock

Fourmis transportant des feuilles. © Simon Dannhauer, Shutterstock
L'abeille, par exemple, est un des insectes qui a donné vie à l'intelligence collective. © DR

L'abeille, par exemple, est un des insectes qui a donné vie à l'intelligence collective. © DR

Le modèle des fourmis : Deneubourg et Dorigo

J.-L. Deneubourg, de l'université libre de Bruxelles, a proposé une explication des capacités d'optimisation des procédures de recueil de ressources chez certaines espèces de fourmis. Très schématiquement, au départ un grand nombre de fourmis se déplacent à l'extérieur du nid, plus ou moins au hasard à la recherche de nourriture. Quand elle découvre une ressource, une fourmi rentre au nid en déposant une trace de phéromones. Cette trace tend à attirer les congénères qui, en la suivant, vont parvenir à la nourriture. Ils vont alors retourner au nid et renforcer la trace à leur tour.

On assiste ainsi à la mise en place d'une boucle de rétroaction positive (« effet boule de neige »). S'il existe plusieurs chemins pour atteindre la ressource, l'accumulation de phéromones sera nécessairement plus rapide sur le chemin le plus court. C'est ainsi que certaines espèces de fourmis tendent à optimiser le recueil de nourriture.

Recueil de ressources chez certaines fourmis. © DR

Recueil de ressources chez certaines fourmis. © DR

Marco Dorigo s'est appuyé précisément sur ce mécanisme pour proposer l'approche dite « optimisation par colonie de fourmis » (Ant Colony Optimization) qu'il a d'abord validée en l'appliquant au problème du voyageur de commerce. On trouve maintenant des « fourmis » dans le routage des télécommunications, l'allocation des ressources dans les processus industriels ou encore la conception de circuits électroniques.