Animaux artificiels et robots vivants

Des robots animaux

Dans La Robotique  (2023), Jean-Paul Laumond explique que « la machine se distingue de l’outil en ce qu’elle a trait à la production de mouvement. » Le mouvement est tout l’enjeu de l’application de la biologie aux machines. Ceux des animaux sont particulièrement adaptés à leurs environnements. Les imiter mène à un gain de rapidité, de robustesse et d’économie d’énergie qui sont des enjeux cruciaux en robotique.

Les chercheur·euses de l’Institut des Sciences du Mouvement Étienne-Jules Marey comparent les différents types de vols, des oiseaux ou des insectes, pour saisir les lieux d’applications les plus appropriés. Pour les vols légers, les sources d’inspirations proviennent plutôt des insectes. Dès que l’objectif est de porter un peu de poids, l’exemple des oiseaux sera plus pertinent. Des abeilles ont servi de modèle pour réaliser RoboBee (Université de Harvard), un robot de 3 cm qui pourrait aider à la pollinisation. Néanmoins il a une endurance de seulement quelques minutes.

La robotique bio-inspirée fait progresser la recherche fondamentale, comme le montre l’exemple du robot homard de l’Université de Brooklyn. Le robot ne reprend pas les caractéristiques physiques de l’animal mais ses capteurs de molécule, avec les mêmes résolutions spatiales et temporelles que celles des récepteurs olfactifs du homard. Alors que les premiers essais ont montré que le robot ne parvenait pas à rejoindre la source olfactive, le rajout d’un deuxième type de capteur (assurant un comportement de rhéotaxie, soit un mouvement locomoteur provoqué par la montée des eaux) a permis d’obtenir de meilleurs résultats. Ce type d’essai permet des vérifications d’hypothèses en sciences du comportement.

Les roboticien·nes s’inspirent aussi du vivant pour l’exploration dans des environnements dangereux ou difficiles d’accès pour l’homme ou la femme. Le robot cafard de l’université de Berkeley a été conçu pour retrouver les survivant·es de tremblements de terre. Minuscule, il est capable de supporter 1 million de fois son poids (contre 900 fois pour un cafard). Des modèles comme Octobot sont utilisés pour l’exploration marine, qu’il s’agisse de récupérer des données climatiques ou d’identifier de nouvelles espèces. Les scientifiques reproduisent la souplesse du poulpe en utilisant des matériaux mous. Octobot se faufile aisément dans les infractuosités avec une empreinte écologique faible lors de ses déplacements.

Précision des capteurs, propriétés physiques, autonomie, dextérité des déplacements, économie d’énergie, limitation des interventions humaines, éthique… sont autant d’enjeux à prendre en compte pour la réalisation de robots bio-inspirés. 

Une science qui s’inspire de la vie

« La biologie est la seule technologie à laquelle nous avons accès : elle offre des preuves, des concepts dans le fonctionnement des organismes vivants, des tissus, des écosystèmes. »

Marc Raibert, président et fondateur de la société Boston Dynamics 

Léonard Da Vinci aurait été le premier biomécanicien. Sur les collines des environs de Florence, il observe minutieusement le vol des oiseaux et dessine des ailes mécaniques ou des machines volantes issues de ses observations. Elles sont inscrites dans son Codex sur le vol des oiseaux (1505). Depuis, la biomécanique est un domaine plus large qui englobe la robotique et s’intéresse au vivant, de la molécule à l’organisme complet.

C’est seulement au 19^e siècle que naissent en Europe les bases scientifiques modernes de l’étude du mouvement chez les animaux. On peut citer notamment Étienne Jules Marey, médecin et inventeur qui, dès 1871, s’intéresse à ce qu’il appelle la « machine-animal ». Il invente en 1882 la chronophotographie qui lui permet d’analyser en détail le fonctionnement du mouvement. Il s’intéresse aussi aux protéines motrices (myosines). Nicolaj Alexandrovitch Bernstein prolonge ces recherches et ouvre vers la biomécanique cognitive. 

Dans Des robots doués de vie ? (2004), Agnès Guillot et Jean-Arcady Meyer rapportent que l’un des premiers robots fut Seleno, un « chien électrique » conçu vers 1912 par les ingénieurs américains John Hammond et Benjamin Miessner. Le robot, de sa propre volonté, s’arrêtait, accélérait ou tournait pour suivre une source lumineuse à laquelle réagissaient ses lentilles photosensibles. Pour le mettre au point, ils s’étaient inspirés des travaux du biologiste Jacques Loeb et de ses théories sur le comportement phototropique (la capacité à s’orienter vers la lumière), en particulier celui des papillons de nuit.

Le vivant est un ensemble complexe avec des fonctionnalités biologiques anciennes qui ont été perfectionnées par des mécanismes évolutifs durant des millions d’années. Ainsi recréer « la vie artificielle (…) vient en complément des sciences biologiques traditionnelles (…) en tentant de synthétiser des comportements semblables au vivant au sein d’ordinateurs et d’autres substrats artificiels », tel que le prône le scientifique américain Christopher Langton dans Artificial Life I en 1989.

Théoriser la vie artificielle 

La vie a de nombreuses définitions, dont aucune ne fait consensus. Christopher Langdon, pionnier des études sur l’origine des systèmes vivants et leur simulation, invente le terme de vie artificielle. En 1987, lors de la première conférence sur la vie artificielle à Santa Fe, il propose de considérer la vie comme un mécanisme. Il la définit comme un type d’organisation de l’information, qui ne se limiterait pas à la chimie du carbone. 

Cette pensée de la vie comme mécanisme est héritée du 17^e siècle. Avec l’engouement pour les automates, tel le canard de Vaucanson, les philosophes français·es font émerger une nouvelle interprétation de la vie qui s’oppose au vitalisme. Dans le Discours de la Méthode, Descarte oppose l’âme divine au corps qu’il associe à une machine. 

Le parallèle entre robot et vie artificielle n’est pas tâche aisée, comme l’illustre le paradoxe de Hans Moravec, pionnier de la robotique, qui dans les années 1980 formule : ce qui est accessible au robots (calculs, échecs) est exigeant pour les humain·es et ce qui est accessible pour les humain·es (marche, reconnaître des émotions) est exigeant pour les robots. Cela signifie que le raisonnement de haut niveau est plus facile à reproduire et à simuler que les aptitudes sensorimotrices.

Dans les années 1990, le scientifique Jean-Arcady Meyer et son équipe proposent la construction de robots qui ne se limitent plus à la résolution de problèmes logiques mais évoluent dans un environnement. Cette approche qui nécessite de s’inspirer des animaux prend le nom d’approche animat, contraction d’animal et d’artificiel.

Avec l’intelligence artificielle, les robots sont de plus en plus performants et surtout capables de s’adapter à leur environnement. Les chercheur·euses Olivia Chevalier, Gérard Dubey et Johann Herault expliquent pour The Conversation qu’« il ne s’agit pas seulement aujourd’hui d’insérer un robot dans un environnement neutre ou déjà connu par lui, mais de faire de cet environnement – imprévisible, souvent inconnu – un composant de son comportement. (..) Soft robotique, robotique molle, bio-inspirée, intelligence incarnée sont des déclinaisons possibles de ces nouvelles approches et révèlent l’importance du rôle joué par l’IA dans l’ouverture de la robotique à d’autres problématiques […]. Les conceptions de la machine dont elle est porteuse – une machine immergée dans son environnement, qui en dépend profondément – résonnent fortement avec les nouvelles approches du vivant en biologie qui définissent celui-ci principalement à partir de ses interactions ».

Reproduire la vie, jusqu’où ?

Actuellement, la biorobotique se développe à trois niveaux : des machines qui imitent les fonctionnalités et comportements complexes d’animaux ; des machines sur lesquelles sont greffés des organes et des matériaux issus du vivant (usages néanmoins limités) ou bien des greffes d’organes mécatroniques sur des structures vivantes. Pour cette dernière, dite bionique, il peut s’agir par exemple de prothèses complexes de membres, comme un bras, une main… Les robots qui intègrent des parties animales sont rares, mais on peut citer le drone conçu par Ryohei Kanzaki, chercheur de l’Université de Tokyo, qui détecte les odeurs grâce à de véritables antennes de bombyx du mûrier.

Le cas extrême de reproduction de la vie est de prendre une cellule vivante et d’y intégrer du code génétique ce qui peut donner un robot ad hoc, après le développement biologique, explique Philippe Coiffet, membre de l’Académie des technologies, qui s’oppose à ce type de création voire la suppose impossible. 

Qu’en est-il cependant des xenobots ? Ce « robot » de moins d’un millimètre créé à partir de cellules de grenouille, sans aucun produit manufacturé, serait capable d’acheminer un médicament dans un corps humain. Ils ne disposent d’aucun système nerveux, ni organe sensoriel, et bien que limitée, leur durée de vie reste de plusieurs semaines dans les milieux aqueux . Il sont aussi capables de se régénérer. Le terme « robot » employé pour ces vies artificielles vient du fait qu’ils répondent à des commandes humaines. Elles posent cependant de nombreuses questions éthiques.

La biorobotique est confrontée aux mêmes questionnements que le biomimétisme qui – souligne Cathy Grosjean pour The Conversation – doit encore faire ses preuves quant à sa capacité à intégrer les enjeux éthiques. Le Manifeste pour un biomimétisme au service de la vie, rédigé en 2019 par Emmanuel Delannoy, consultant de la société d’expertise en biomimétisme française Pikaia, lance un appel à l’utilisation « par et pour le vivant » du biomimétisme.

« Face à cette urgence, les acteurs du biomimétisme devraient se concentrer sur ce seul but : mobiliser la connaissance du vivant pour faire émerger des solutions non seulement soutenables, mais aussi régénératrices et créant les conditions d’un futur désirable. »

Emmanuel Delannoy, Manifeste pour un biomimétisme au service de la vie (2019)

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Pour aller plus loin

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