Vie ArtificielleVie Artificielle

Beurier GrégoryBeurier Grégory

LIRMMLIRMM

HistoriqueHistorique

►Automate du roi Mu ( Lieh Tzu IIIAutomate du roi Mu ( Lieh Tzu IIIee avt avt JC)JC)

►HomunculusHomunculus►Frankenstein Frankenstein ►Automates de VaucansonAutomates de Vaucanson

►Le complexe FRANKENSTEIN !!!Le complexe FRANKENSTEIN !!!

Vie ArtificielleVie Artificielle

«« La vie artificielle est l’étude des systèmes construits de mains  La vie artificielle est l’étude des systèmes construits de mains d’homme qui exhibent des comportements des systèmes naturels d’homme qui exhibent des comportements des systèmes naturels vivants. Elle vient en complément des sciences biologiques vivants. Elle vient en complément des sciences biologiques traditionnelles, en tentant de synthétiser des comportements traditionnelles, en tentant de synthétiser des comportements semblables au vivant au sein d’ordinateurs et d’autres substrats semblables au vivant au sein d’ordinateurs et d’autres substrats artificiels. En étendant les fondements empiriques sur lesquels la artificiels. En étendant les fondements empiriques sur lesquels la biologie est basée au-delà de la vie a base de carbone qui a biologie est basée au-delà de la vie a base de carbone qui a évolué sur Terre, la vie artificielle peut contribuer à la biologie évolué sur Terre, la vie artificielle peut contribuer à la biologie théorique en positionnant la vie telle que nous la connaissons au théorique en positionnant la vie telle que nous la connaissons au sein d’un espace plus large: la vie telle qu’elle pourrait être »sein d’un espace plus large: la vie telle qu’elle pourrait être »

C. C. LangtonLangton

Qu’est que la vie ?Qu’est que la vie ?

► Ensemble de propriétés [Monod]Ensemble de propriétés [Monod] Téléonomie, morphogenèse, reproduction invarianteTéléonomie, morphogenèse, reproduction invariante

► Extensions des propriétés [Mayr, Belin]Extensions des propriétés [Mayr, Belin] Structure, macromolécules, ADN, stabilité, évolutionStructure, macromolécules, ADN, stabilité, évolution

► Approche Thermodynamique [Schrödinger, Approche Thermodynamique [Schrödinger, Prigogine]Prigogine] Structure dissipativeStructure dissipative

► Autopoïèse [Maturana, Varela]Autopoïèse [Maturana, Varela] Réseau fermé d’éléments « auto-régénérant »Réseau fermé d’éléments « auto-régénérant »

Complément de l’approche IA Complément de l’approche IA DureDure

► Pensée, cognitifPensée, cognitif► Systèmes ExpertsSystèmes Experts► Agents RationnelsAgents Rationnels► ……

► Ordinateur Ordinateur intelligentintelligent

► Ordinateur Ordinateur intelligentintelligent

► ……► GènesGènes► NeuronesNeurones► FourmisFourmis► Calculs simplesCalculs simples

Alan TuringAlan Turing

► Intelligence ArtificielleIntelligence Artificielle Test de TuringTest de Turing

► Idée de MorphogèneIdée de Morphogène Travail sur les gradientsTravail sur les gradients

►Machine de TuringMachine de Turing Équivalence théorique mathématiqueÉquivalence théorique mathématique Problème de Hilbert:Problème de Hilbert:

►« Processus physiques « Processus physiques Computationnels Computationnels donc calculés  sous forme de machine de donc calculés  sous forme de machine de Turing Universelle »Turing Universelle »

Machine de TuringMachine de Turing

A… …

1 2 3 …

Si A B, DroiteSi B B, Gauche

…

PlanPlan► Vie ArtificielleVie Artificielle

Emergence Emergence ► PrincipePrincipe► Jeu de la vieJeu de la vie► OrganoidsOrganoids

Récursion et générationRécursion et génération► PrincipePrincipe► BiomorphesBiomorphes► L-SystemsL-Systems

► BiomimétismeBiomimétisme Comportements SociauxComportements Sociaux

► PrincipePrincipe► BoidsBoids► Optimisation colonie de fourmisOptimisation colonie de fourmis► StimergieStimergie

Algorithmes génétiquesAlgorithmes génétiques► PrincipePrincipe► Voyageur de commerceVoyageur de commerce

Programmation génétiqueProgrammation génétique► PrincipePrincipe► MorphogenMorphogen

ÉmergenceÉmergenceÉmergence

Jeu de la vieJeu de la vie

► John Conway 1970John Conway 1970

PrincipePrincipe: 1 ou + de 3 voisins MORT

3 voisins NAISSANCE 2-3 voisins survie

Émergence

Vidéos et explicationsVidéos et explications

►Apparitions d’émergencesApparitions d’émergences GlidersGliders Attracteurs Fixes, cycliques, chaotiques, Attracteurs Fixes, cycliques, chaotiques,

étranges.étranges.

►Simulations phénomènes physiquesSimulations phénomènes physiques

Émergence

Systèmes Multi-AgentsSystèmes Multi-Agents

► Extensions de la notions d’objetsExtensions de la notions d’objets► Inspirés des insectes sociauxInspirés des insectes sociaux► Agents : processus de traitements Agents : processus de traitements

d’information situés autonomesd’information situés autonomes► Ex: Robots, virus intelligent, tour de Ex: Robots, virus intelligent, tour de

contrôle, vous, etc.contrôle, vous, etc.► MASSIVE (LOTR)MASSIVE (LOTR)

OrganoïdsOrganoïds

PrincipePrincipe

Multi-agentsMulti-agents

FourmisFourmis

ÉmergenceÉmergence

Multi-niveauxMulti-niveaux

RécursivitéRécursivité

……

Émergence

OrganoïdsOrganoïds

Mais à quoi ça peut-il bien-t-il donc servir ?!?!?

Émergence

OrganoïdsOrganoïds

Iterative Function System

Récursion

Récursion et générationRécursion et génération

►Fonctions récursivesFonctions récursives►Ex: f(n) = f(n-1) + f(n-2) f(0) = 1 f(1) = 4Ex: f(n) = f(n-1) + f(n-2) f(0) = 1 f(1) = 4

►Fractales Fractales Géométrie récursive – fonctions itératives – suites Géométrie récursive – fonctions itératives – suites

géométriquesgéométriques

Récursion

L-SystemsL-Systems

►LindenmayerLindenmayer►Principe: idem fractalesPrincipe: idem fractales

►Initiateur : FInitiateur : F►Générateur : F[+F]F[-F]FGénérateur : F[+F]F[-F]F►Angle : 22.5 Angle : 22.5

Récursion

L-SystemsL-SystemsRécursion

BiomorphesBiomorphesSélection d’individus selon la structure Sélection d’individus selon la structure

(RLLRLRRLRLRL)(RLLRLRRLRLRL)

Récursion

Comportements SociauxComportements SociauxIntelligence artificielle distribuéeIntelligence artificielle distribuée

► Culture (fourmis, termites)Culture (fourmis, termites)► Régulation thermique (abeilles, termites)Régulation thermique (abeilles, termites)► Constructions pharaoniques (termites, fourmis)Constructions pharaoniques (termites, fourmis)► Pièges démesurés (araignées)Pièges démesurés (araignées)► Élevage (fourmis)Élevage (fourmis)► Colonisation (fourmis, abeilles, etc.)Colonisation (fourmis, abeilles, etc.)► Etc.Etc.

► Il y a un bond de capacités réactives vers une Il y a un bond de capacités réactives vers une émergence d’intelligence sociale.émergence d’intelligence sociale.

Biomimétisme

BoidsBoidsLes halls de gareLes halls de gare

Biomimétisme

Couple angle/ distance Attraction Répulsion Alignement

Optimisation colonie de Optimisation colonie de fourmisfourmis

Biomimétisme

Routage réseau & P2PRoutage réseau & P2PBiomimétisme

StigmergieStigmergierétroaction environnementalerétroaction environnementale

Biomimétisme

Phéromones

TermitesTermitesBiomimétisme

Algorithmes GénétiquesAlgorithmes Génétiques

► Meilleur moyen de résoudre un problème est de s’y Meilleur moyen de résoudre un problème est de s’y adapter.adapter.

► Sélection naturelle : Sélection des individus les mieux « adaptés » à un milieu donné et qui auront une plus grande faculté de reproduction que les autres

► Principe: Coder le problème à résoudre sous la forme d’un génome. Déterminer une fonction d’adaptation pour les solutions possibles. Faire se reproduire les individus viables.

Algo G

TerminologieTerminologie

► Population (= génération):►Ensemble d’individus

► Génome►Ensemble des chromosomes d’un individus

► Chromosome (= un individu)►Groupe de gènes d’un individu

► Gène►Caractère / caractéristique d’un individu

► Allèle►Forme / valeur prise par une caractéristique

Algo G

PrincipePrincipeVoyageur de commerceVoyageur de commerce

► 1- On code la solution du problème a résoudre 1- On code la solution du problème a résoudre sous la forme de gènes (sous la forme de gènes (fonction d’encodagefonction d’encodage))

► 2- On génère une population d’individu 2- On génère une population d’individu aléatoirement (aléatoirement (initialisationinitialisation))

► 3- On teste les individus et on les fait mourir si 3- On teste les individus et on les fait mourir si leur génome n’est pas bon (leur génome n’est pas bon (fitness/sélectionfitness/sélection))

► 4- On croise les survivants et on retourne en 4- On croise les survivants et on retourne en 3.3.

► On recommence tant que le génome des On recommence tant que le génome des survivants n’est pas une solution satisfaisante survivants n’est pas une solution satisfaisante au problèmeau problème

Algo G

Applications aux BiomorphesApplications aux Biomorphes► Codage biomorphes: RGRRGGRGR Codage biomorphes: RGRRGGRGR

(idem L-Systems)(idem L-Systems)► Génome: RGRRGGRGRGénome: RGRRGGRGR► Population: RdPopulation: Rd► Croisement:Croisement:

► Fitness:Fitness:% ressemblance% ressemblance% angles communs% angles communs► Arrêt:Arrêt:Ressemblance = 100%Ressemblance = 100%1000 générations1000 générations

Algo G

RGRRGGRGRGGRGRGRGGGGRRGGRGRR

GRGGGGRGRGGGRR

Programmation génétique & Programmation génétique & évolutionnaireévolutionnaire

Principe:Principe:Ne plus coder la solution dans le Ne plus coder la solution dans le génotype (génome) mais la faire génotype (génome) mais la faire apparaître/émerger dans le phénotype apparaître/émerger dans le phénotype (l’expression du génome)(l’expression du génome)

La solution devient le comportement ou le La solution devient le comportement ou le résultat de la fonction réalisée par le résultat de la fonction réalisée par le gène. Les croisements modifient alors non gène. Les croisements modifient alors non pas les solutions mais les comportements.pas les solutions mais les comportements.

Algo G

Approche morphogénétiqueApproche morphogénétiqueAlgo G

1011010011001011010

Divisions

Zones différenciées

Formation d’un organisme par:

- Division

- Différenciation spatiale et fonctionnelle

- Croisement & Sélection

génome

FonctionnementFonctionnementAlgo G

1011010011001011010

Allèle position Allèle couleur

Allèle taille

1011010011001011010

Allèle Division Allèle Sécrétion

Allèle Digestion

Gène 1

Gène 2

MorphogenMorphogen

PrincipePrincipe► Plusieurs gènesPlusieurs gènes► AllèlesAllèles

► Répresseurs: liste de protéines qui inhibe la fonction du gèneRépresseurs: liste de protéines qui inhibe la fonction du gène► Activateurs: liste de protéines qui active la fonction du gèneActivateurs: liste de protéines qui active la fonction du gène► Protéines: liste de protéines que transcrit/émet le gèneProtéines: liste de protéines que transcrit/émet le gène► Fonctions: Fonctions:

Division/Mitose: Crée une autre cellule Division/Mitose: Crée une autre cellule Métabolisme: Consomme de la nourriture pour fournir de Métabolisme: Consomme de la nourriture pour fournir de

l’énergie aux autres individus de l’organisme)l’énergie aux autres individus de l’organisme) Quiescence: Reste inactiveQuiescence: Reste inactive Apoptose/Nécrose: Meure pour la morphogenèse ou de carences.Apoptose/Nécrose: Meure pour la morphogenèse ou de carences.

► Population tirée au hasard mis dans un endroit Population tirée au hasard mis dans un endroit avec nourritureavec nourriture

Algo G

MorphogenMorphogen

►1- Perceptions des protéines1- Perceptions des protéines►2- Fonctions2- Fonctions►3- Émissions –> Phéromones (gradients)3- Émissions –> Phéromones (gradients)

On conserve les organismes qui vivent On conserve les organismes qui vivent le plus longtemps c’est-à-dire qui le plus longtemps c’est-à-dire qui consomment le moins vite la nourriture consomment le moins vite la nourriture du milieu en grossissant et on les croise.du milieu en grossissant et on les croise.

Algo G

Algo G

A quand la vie sur nos PC ?A quand la vie sur nos PC ?

► Support physique (silicium) puce Support physique (silicium) puce recombinantes - autoréplicantesrecombinantes - autoréplicantes

► ExobiologieExobiologie► Puces et Ordinateurs à ADNPuces et Ordinateurs à ADN► Processeurs hybridesProcesseurs hybrides► Earth SimulatorEarth Simulator► ……► De la vie à l’intelligence artificielle quelle De la vie à l’intelligence artificielle quelle

distance y à t-il ?distance y à t-il ?