Au-delà des minéraux intelligents

Il est temps de réimaginer ce que pourrait être un ordinateur., explique le magazine Grow.

Dans les moments de frustration technologique, il est utile de se rappeler qu’un ordinateur est fondamentalement un rocher. C’est sa sorcellerie fondamentale, ou la nôtre : malgré toute sa puissance de traitement, l’appareil qui fait tourner votre vie n’est qu’un arrangement complexe de minéraux animé par l’électricité et le langage. Des roches intelligentes. Les composants sont extraits de la Terre à un coût élevé, et ils finissent par revenir sur Terre, même s’ils sont empoisonnés. Ce paradigme des roches et des métaux nous a surtout bien servi. La miniaturisation des composants métalliques sur des plaquettes de silicium – une tendance empirique que nous appelons la loi de Moore – a défini le dernier demi-siècle de la vie sur Terre, nous donnant des montres-ordinateurs, des satellites de poche et suffisamment de puissance de calcul brute pour modéliser le climat, découvrir des molécules inconnues et imiter l’apprentissage humain.

Mais il y a des limites à ce que peut faire un rocher. Les informaticiens ont prédit la fin de la loi de Mooredepuis des décennies. Le coût de fabrication des puces de la prochaine génération devient de plus en plus prohibitif à mesure que l’on s’approche des limites physiques de la miniaturisation. Et il ne reste plus qu’un certain nombre de roches. La demande de sable de silice de haute pureté utilisé pour la fabrication des puces de silicium est si élevée que nous sommes confrontés à une pénurie mondiale et irréversible de sable ; et la chaîne d’approvisionnement en minéraux d’usage courant, comme l’étain, le tungstène, le tantale et l’or, alimente des conflits sanglants dans le monde entier. Si nous attendons des ordinateurs du 21e siècle qu’ils traitent les quantités toujours croissantes de données produites par notre culture – et nous attendons d’eux qu’ils le fassent de manière durable – nous devrons réimaginer la manière dont les ordinateurs sont construits. Il se peut même que nous devions réimaginer ce qu’est un ordinateur au départ.

A partir de la matière visqueuse

Il est tentant de croire que les paradigmes informatiques sont pour ainsi dire gravés dans le marbre. Mais il y a déjà des alternatives à l’horizon. L’informatique quantique, par exemple, nous ferait passer d’un monde de uns et de zéros binaires à un monde de qubits, rendant les ordinateurs considérablement plus rapides que nous ne pouvons l’imaginer actuellement, et l’impossible – comme la cryptographie inviolable – nouvellement possible. Plus loin encore, les architectures informatiques sont reconstruites autour d’un nouveau composant électronique appelé « memristor« . Proposée par le physicien Leon Chua en 1971, dont l’existence a été prouvée pour la première fois en 2008, une memristor est une résistance à mémoire, ce qui la rend capable de conserver des données sans alimentation. Un ordinateur construit autour de memristors pourrait s’éteindre et s’allumer comme un interrupteur. Il n’aurait pas besoin de la couche conductrice de silicium nécessaire aux résistances traditionnelles. Cela ouvrirait l’informatique à de nouveaux substrats – la possibilité, même, d’intégrer des ordinateurs dans des nanomatériaux atomiquement fins. Mais ce sont des changements architecturaux, pas matériels.

Pour les changements matériels, nous devons regarder plus loin, vers un organisme qui n’existe naturellement que dans les endroits les plus fugaces. Nous devons jeter un coup d’œil sur la pourriture argileuse d’un arbre abattu dans les bois du nord-ouest du Pacifique, ou examiner les parois scintillantes d’une grotte humide. C’est là que nous pourrions bien trouver la réponse au problème de la roche insoluble de l’informatique : en bas, parmi les matières visqueuses ou slime.

Les matières visqueuses sont bien en avance sur nos spéculations informatiques. Prenons les souvenirs : en 2014, un groupe de chercheurs de l’université de l’ouest de l’Angleterre a découvert des comportements de mémoire dans le Physarum polycephalum, un slime primitif mais d’une intelligence irrésistible. Les matières visqueuses ne sont ni des champignons, ni des animaux ; à différents moments de l’histoire, elles ont été classées dans les deux sens, ce qui leur a valu le nom latin de Mycetozoa, ou animal fongique. Le fait qu’une matière visqueuse puisse agir comme une mémoire vivante – en régulant le flux d’électricité à travers un circuit et en « se souvenant » des charges électriques – est remarquable, mais ce n’est pas unique dans le royaume naturel. Les scientifiques ont observé ces comportements dans les canaux sudoripares de la peau humaine, dans le sang qui circule et dans les feuilles. Une étude de 2017 a conclu que, très probablement, « toutes les plantes vivantes et non modifiées sont des « mémoires » », preuve que Mère Nature anticipe même nos spéculations les plus intelligentes. Elle pourrait même nous dicter la prochaine frontière informatique, après l’arrivée et le départ des ordinateurs quantiques et des ordinateurs à mémoire.

Les systèmes biologiques non seulement anticipent, mais ils excellent dans certaines tâches informatiques épineuses. Dans le cadre d’une expérience, les chercheurs ont mis en évidence une matière visqueuse de Physarum polycephalum sur une carte topographique en relief des États-Unis. Ils l’ont placé sur la côte ouest, dans la ville côtière de Newport, dans l’Oregon, et ont placé un tas de flocons d’avoine – l’aliment préféré du slime – à l’autre bout du pays, à Boston, dans le Massachusetts. Le slime a détruit des tubes protoplasmiques, cherchant un chemin efficace vers les flocons d’avoine qu’elle avait détectés par le biais de produits chimiques en suspension dans l’air. Au bout de cinq jours, la moisissure a atteint Boston, coupant à travers le pays tout en évitant les terrains montagneux. Vous reconnaîtrez peut-être son chemin si vous avez déjà voyagé de l’Oregon à la Nouvelle-Angleterre : la matière visqueuse a tracé la route 20, la plus longue route des États-Unis.

Le Physarum polycephalum est un expert de ces tâches. Ses tubes protoplasmiques de détection et de recherche peuvent résoudre des labyrinthes, concevoir des réseaux efficaces et trouver facilement le chemin le plus court entre des points sur une carte. Dans le cadre d’une série d’expériences, il a modélisé les routes de la Rome antique, tracé une copie parfaite des réseaux ferroviaires interconnectés du Japon, et résolu le problème du voyageur de commerce (Traveling Sales Man Problem), un problème mathématique d’une complexité exponentielle.

 

Il n’a pas de système nerveux central, mais le Physarum est capable d’un apprentissage limité, ce qui en fait un candidat de premier plan pour un nouveau type de système informatique biologique – un système qui n’est pas exploité, mais développé. Cette proposition a séduit les chercheurs du monde entier et attiré des investissements au niveau gouvernemental. Un groupe de recherche financé par l’UE, PhyChip, espère construire une puce informatique hybride à partir du Physarum, en plaçant ses tubes protoplasmiques dans des particules conductrices. Un tel « dispositif informatique biomorphique fonctionnel » serait durable, auto-guérissant et autocorrectif. Il serait également, par définition, vivant.

Cet hybride peu orthodoxe d’informatique, de physique, de mathématiques, de chimie, d’ingénierie électronique, de biologie, de science des matériaux et de nanotechnologie est appelé « informatique non conventionnelle ». Le professeur Andrew Adamatzky, fondateur du laboratoire d’informatique non conventionnelle de l’université de l’ouest de l’Angleterre, explique sa philosophie : « découvrir et exploiter les principes et les mécanismes du traitement de l’information dans les systèmes physiques, chimiques et vivants » afin de « développer des algorithmes efficaces, concevoir des architectures optimales et fabriquer des prototypes fonctionnels de dispositifs informatiques futurs et émergents ». En bref, les informaticiens non conventionnels construisent des ordinateurs non pas à partir de roches et de sable, mais à partir de prototypes de matières visqueuses à la recherche de nutriments, entre autres matériaux naturels.

Le professeur Adamatzky propose que nous soyons un jour des « partenaires proches » de la matière visqueuse, en exploitant son comportement pour faire pousser des circuits électroniques, résoudre des problèmes complexes et mieux comprendre les mécanismes du traitement naturel de l’information. Au cours des dix dernières années, son laboratoire a produit près de 40 prototypes de dispositifs de détection et de calcul en utilisant le Physarum polycephalum. Il s’est récemment intéressé à des champignons plus largement disponibles, et a découvert que le mycélium fongique – les filaments complexes et ramifiés qui se répandent sous terre avant de faire germer les fructifications que nous connaissons sous le nom de champignons – peut résoudre les mêmes types de problèmes de géométrie informatique que la matière visqueuse. Le laboratoire d’informatique non conventionnelle a récemment reçu des fonds pour développer des « maisons de calcul » à partir du mycélium, en « fonctionnalisant » la matière fongique pour qu’elle réagisse aux changements de lumière, de température et de pollution. Le point de vue d’Adamatzky est très large. « Tout ce qui nous entoure sera un ordinateur et nous servira d’interface pour les résultats du calcul ».

Il nous reste à imaginer des puces d’ordinateur pleines d’énergie et de vie, lacérées par les filaments de ramification inhabituels des tubes protoplasmiques, et des bâtiments monolithiques, développés in-situ par des réseaux mycéliens actifs par calcul, s’adaptant, cherchant, se réparant eux-mêmes, ressentant « tout ce que l’homme peut ressentir« . Une histoire de science-fiction publiée dans ce magazine nous donne une vision utopique (et plus tard dystopique) d’un tel avenir (ou celle du NYTimes) : « Tout ce que nous avons touché était vivant. Chaque matin, je me réveillais dans un lit en forme de champignon, recouvert de draps en soie d’araignée fraîche. Les membres de notre maison s’ouvraient au lever du soleil… Au lieu d’un téléphone portable, je regardais un bel écosystème organique avec des protéines fluorescentes disposées pour afficher les nouvelles. Mes dents restaient propres naturellement, un écosystème auto-équilibré consommant l’excès de sucre de mon alimentation. Tout, absolument tout, était vivant ».

Un genre d’UX très différent

Passer du silicium au slime est une idée transformatrice. Pour moi, la question même me semble radicalement optimiste : la construction d’ordinateurs à partir de moules et de champignons visqueux pourrait-elle transformer l’informatique d’un solipsisme sophistiqué en une expression beaucoup plus sophistiquée de notre monde interconnecté, d’une complexité impressionnante ? Il est certain que cela changerait toute notre expérience relationnelle de l’informatique. Elle pourrait également être plus durable, car les systèmes informatiques biologiques consommeraient beaucoup moins d’énergie que le matériel traditionnel et, en fin de vie, seraient totalement biodégradables. « Nous pouvons éteindre complètement notre PC », explique M. Adamatzky, « mais nous n’éteindrons jamais un champignon vivant ou une matière visqueuse sans la tuer ». Oubliez l’obsolescence planifiée.

Les dossiers de recherche de mon ordinateur, très « minéraux », sont remplis de documents sur l’informatique des feuilles de plantes ; l’informatique pilotée par les collisions de gouttelettes et de billes semblables à des boules de billard ; les algorithmes de résolution de problèmes des semis de laitue ; les systèmes informatiques construits autour du comportement des crabes soldats bleus, se précipitant entre l’ombre et le soleil sur une plage. La multiplicité des approches suffit à faire croire que l’informatique n’est pas tant une industrie qu’une façon de voir – une interprétation du monde. « Si nous sommes assez inventifs, nous pouvons interpréter n’importe quel processus comme un calcul », dit Adamatzky. Si vous cherchez un ordinateur – même si vous regardez sous un rocher – un ordinateur est ce que vous trouverez.

 

L’artiste et critique James Bridle, dans son livre New Dark Age, décrit la « pensée computationnelle » comme la maladie mentale unique du XXe siècle, soutenant que des calculatrices massivement puissantes et séduisantes ont réformé notre monde à leur image. En fabriquant des machines de traitement de données, nous avons transformé notre monde en données, et « comme l’informatique et ses produits nous entourent de plus en plus… la réalité elle-même prend l’apparence d’un ordinateur ; et nos modes de pensée suivent ».

En formant des modèles d’intelligence artificielle sur de grands ensembles de données, par exemple, nous faisons souvent l’hypothèse erronée que notre avenir progresse comme une extrapolation prévisible de notre passé, sans tenir compte des nombreux facteurs externes qui déterminent comment les humains se comportent, réagissent et font des choix. Ce faisant, nous reproduisons et codifions des préjugés historiques, effaçant ainsi toute chance que nous pourrions avoir d’apprendre de nos erreurs. Ce genre d’erreurs, selon Bridle, est la conséquence de la tentative d’aplanir les bords de la réalité pour s’adapter au modèle mondial inflexible de l’ordinateur, réduisant toutes nos nuances et contradictions à de simples données. Peut-être que si nos systèmes de calcul étaient construits à partir de la Terre pour modéliser la façon dont la nature traite les informations, nous n’aurions pas besoin d’enfoncer une cheville carrée dans un trou rond.

C’est radical, mais pas impossible. Les paradigmes informatiques sont à peine gravés dans la pierre. Dans les années 50, l’informatique analogique électrique était la norme, et aujourd’hui nous vivons dans un monde numérique. Il y a seulement vingt ans, l’informatique quantique était de la science-fiction, et aujourd’hui elle est activement développée par Intel, IBM, Microsoft et Google, parmi les titans de la technologie dans le monde entier. Un processus similaire pourrait bien se dérouler avec les systèmes biologiques. « L’informatique non conventionnelle est une science en pleine évolution », déclare Adamatzky. « Ce qui est non conventionnel aujourd’hui sera conventionnel demain. »

Bien sûr, le monde naturel est plus complexe que les matières visqueuses et les semis de laitue. Ce ne sont là que les systèmes les plus simples qui peuvent être étudiés et manipulés en laboratoire. Le monde réel – le monde vivant – est imprévisible, tenace et plein d’âme, un enchevêtrement humble de besoins mutuels. Ce que nous appelons « nature » est un concert de comportements et de processus entièrement coévalués avec les organismes qui les dirigent, chacun étant relié à une multitude inimaginable d’autres comportements et processus, le système tout entier étant régénérateur, sans faille, autocorrectif, magnifique.

Il est difficile d’imaginer que nous parviendrons un jour à construire un système informatique aussi brillamment complexe que l’interrelation entre le mycélium fongique, les racines d’arbres à grande portée et les micro-organismes du sol dans une forêt moyenne en bonne santé, ce que les scientifiques appellent la « toile du bois ». Des dispositifs intelligents, connectés les uns aux autres par des serveurs en cloud vulnérables aux cyberattaques et à la simple entropie, ne pourraient jamais y parvenir. Et c’est peut-être la véritable raison pour laquelle les ordinateurs entièrement biologiques pourraient toujours rester hors de notre portée. Même aujourd’hui, alors que nous rêvons d’intégrer l’intelligence artificielle dans chaque surface matérielle de notre vie, nous imitons au mieux mal les processus déjà en jeu sous nos pieds et dans nos jardins. Nous faisons une mauvaise copie de la Terre – et, en exploitant la Terre pour la créer, nous détruisons l’original.

Via Grow

 

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