AUTOMATES CELLULAIRES

L'intelligence artificielle (I.A.), en proposant de concevoir des machines dotées de capacités de « raisonnement », constitue la première tentative pour implanter et étudier sur des médias artificiels certaines caractéristiques du monde vivant. Cet objectif trop ambitieux a conduit l'I.A. à un échec relatif. La vie artificielle (V.A.) suit une démarche plus réaliste et pragmatique ; elle propose de faire émerger des comportements de haut niveau à partir de règles simples définies au niveau le plus bas.

Christopher Langton propose d'aborder la V.A. comme « l'étude de systèmes construits par l'homme qui présentent des comportements caractéristiques des systèmes vivants naturels ». Cet énoncé soulève bien évidemment le difficile problème de la définition du concept de vie. Une réponse consisterait à énumérer les caractéristiques des systèmes vivants ; les propriétés le plus souvent proposées font référence à la capacité de se reproduire, contenir l'information nécessaire à sa reproduction, produire sa propre énergie, maintenir sa viabilité, évoluer, répondre aux stimuli, raisonner, ou encore mourir. Ces propriétés sont-elles suffisantes, nécessaires ? Il n'y a pas de réponse simple à ces questions. Paradoxalement, c'est l'absence même de définition de la vie qui offre une opportunité pour la V.A. Un objectif sera de définir ce qui permettrait de distinguer « la vie telle que nous la connaissons » de « la vie telle qu'elle pourrait être » et ainsi de participer à une meilleure compréhension des mécanismes biologiques. De plus, la V.A. ouvre un champ de recherche autonome qui se propose de rechercher des principes vitaux, indépendants de tout support physique et de concevoir des systèmes « vivants » sur des ordinateurs ou robots autonomes. Dans ce contexte, les automates cellulaires (A.C.) ont ouvert la voie et on peut les considérer comme une première approche pour concevoir des systèmes de V.A.

Les automates cellulaires sont des systèmes artificiels inspirés des systèmes naturels. Leurs composants élémentaires obéissent à des règles locales déterministes. Au-delà de leurs principes de conception, ils présentent des dynamiques complexes, et permettent l'émergence de structures et de capacités de calcul. Ces machines, conçues dès les années 1940, sont des précurseurs de l'approche « vie artificielle » initiée dans les années 1980 ; elles posent les fondements de la relation entre l'artificiel et le vivant.

Qu'est-ce qu'un automate cellulaire ?

Il est de coutume d'attribuer la paternité des automates cellulaires aux mathématiciens John von Neumann et Stanislas Ulam qui ont introduit et étudié ces automates dans les années 1940. La motivation d'Ulam était de générer dynamiquement des constructions graphiques en utilisant des règles d'évolution simples. Neumann, pour sa part, avait pour ambition de réaliser des systèmes dynamiques simples capables de modéliser les phénomènes complexes d'autoreproduction que l'on observe dans la nature. Ce n'est que bien plus tard, dans les années 1970, que les A.C. ont été vulgarisés par les travaux du mathématicien John Horton Conway avec le fameux « jeu de la vie ». Les automates unidimensionnels ont, pour leur part, été popularisés par Stephen Wolfram au milieu des années 1980. Depuis leur introduction, les A.C. sont devenus un champ d'étude pluridisciplinaire allant de la physique à la biologie en passant par l'informatique.

Un automate cellulaire est constitué de plusieurs cellules, unités fonctionnelles placées sur une grille. Cette conformation induit une topologie qui permet de donner un sens à la notion de voisinage. Une cellule est caractérisée par son état et il existe une « procédure de calcul local » qui permet de modifier au cours du[...]