BioWall

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Counter
Dans cette première expérience, le BioWall est un compteur bio-inspiré. Le visiteur est convié à "tuer" une ou plusieurs molécules de la paroi, en pressant simplement leur surface avec les doigts. Le BioWall, comme tout être vivant, réagit pour survivre, en remplaçant les molécules mortes par des voisines saines.

Compteur : Entre vie et mort, le miracle de l'autoréparation

La vie est régénération. Le vent brise-t-il une branche d'arbre? Elle repousse à partir d'un humble bourgeon. Vous piétinez une fleur par mégarde? Elle se redresse et rayonne à nouveau dans la prairie. De tous les outils créés jusqu'ici par l'homme, le tissu électronique BioWall est le premier qui s'inspire directement du développement embryonnaire des êtres vivants: il croît à partir d'un brin d'information microscopique (un génome artificiel), s'autorépare en cas d'accident et peut même engendrer une copie de lui-même par un mécanisme d'autoréplication.
La conception, la croissance, la maturité, les blessures et leur cicatrisation, les maladies et leur guérison, le vieillissement et la mort constituent le cycle naturel des êtres. L'expérience Counter illustre celui d'un organisme artificiel - un compteur. Le visiteur est mis en présence d'une paroi inanimée dont toutes les molécules sont opaques et sombres. Puis le processus est enclenché (phase évoquant par analogie l'instant de la conception), et des signaux lumineux complexes envahissent la surface de la paroi, programmant les molécules (nous sommes alors en situation de croissance) de manière à construire un compteur électronique qui bat (c'est l'étape de la maturité). A ce stade, le visiteur est invité à mettre l'organisme en défaut. Toute pression, exercée de sa part sur n'importe quelle molécule, la blesse. La machine réagit alors et tente de se réparer: elle cicatrise et sa fonction vitale, le comptage, n'est pas affectée. Lorsque le nombre d'agressions dépasse un seuil critique, le compteur meurt et la paroi s'éteint, prémisse d'un nouveau cycle.

Mode d'emploi
Le compteur présenté se limite au calcul des secondes, de 00 à 59 (figure 1). De gauche à droite se succèdent les dizaines de secondes (se déclinant de 0 à 5), les unités de secondes (se déclinant de 0 à 9) et une réserve, qui reste inactive. On dira que le compteur est divisé en quatre cellules: deux cellules actives (égrenant respectivement les dizaines et les unités de secondes) et deux cellules de réserve.

Figure 1: Le compteur, formé de quatre cellules, affiche 59 secondes.

Zoom sur la cellule
Chaque cellule est une mosaïque de 20x25 = 500 molécules. Chaque cellule inclut deux colonnes de réparation (soit au total 2x25 = 50 molécules) colorées en jaune (figure 2). Chaque molécule comporte un affichage de 8x8 = 64 diodes lumineuses.

Figure 2: Chacune des quatre cellules du compteur se décompose
en 20x25 = 500 molécules.

Autoréparation moléculaire
Vous êtes maître de la vie de chaque molécule: par une simple pression du doigt, vous pouvez la sacrifier. La molécule tuée est instantanément remplacée par sa voisine immédiate, à sa droite - ainsi de suite jusqu'à la plus proche colonne de réparation, colorée en jaune (figure 3). Vous pouvez répéter votre agression sur chaque ligne de n'importe quelle cellule en respectant cette règle unique: vous ne tuerez qu'une seule molécule par ligne, entre deux colonnes de réparation (en jaune).
Quel que soit le nombre de vos agressions, la cellule survit, au prix d'une déformation du chiffre affiché. Chaque cellule peut donc tolérer au plus deux fautes par ligne (une faute entre chaque paire de colonnes jaunes) c'est-à-dire 2x25 = 50 fautes au total.

Figure 3: Autoréparation moléculaire avec déformation du chiffre affiché (neuf);
chaque molécule tuée est marquée par un carré jaune.

Autoréparation cellulaire
Vous décidez de transgresser la règle précédente et décidez d'infliger plusieurs fautes à la cellule, toujours sur la même ligne, entre deux colonnes de réparation (figure 4). L'autoréparation moléculaire n'est alors plus possible, et la cellule meurt. Mais elle est instantanément remplacée par une cellule de réserve, située immédiatement à sa droite. La cellule morte est éteinte, elle devient cicatrice. Le comptage du temps se poursuit imperturbablement: le tissu BioWall a sauvé le temps écoulé!

Figure 4: Autoréparation cellulaire, avec mort d'une cellule
et remplacement par la plus proche cellule à droite;
chaque molécule tuée est marquée d'un carré jaune.

Mort du compteur
Après la mort de deux cellules actives, les deux cellules de réserve ont repris le flambeau. La mort d'une troisième cellule condamne alors le compteur à mort: le dispositif complet s'éteint. A la différence des êtres vivants, une séquence automatique ressuscite le BioWall et le replace dans son état initial (figure 1): un nouveau cycle de vie peut redémarrer.

Derrière le décor
Un principe général d'organisation des êtres vivants, la différenciation cellulaire, est à la base de notre bio-inspiration: chaque organisme est un assemblage de cellules contenant chacune une copie complète du programme génétique, le génome. Cette architecture confère une très grande robustesse à l'ensemble, puisque chaque cellule possède le plan complet, et peut donc remplacer n'importe quelle autre cellule défaillante.

Pour en savoir plus

D. Mange, M. Sipper, A. Stauffer, G. Tempesti. "Toward Robust Integrated Circuits: The Embryonics Approach", Proceedings of the IEEE, Vol. 88, No 4, April 2000, pp. 516-541.
G. Musser. "Robot, Heal Thyself". In M. Sipper and J.A. Reggia, "Go Forth and Replicate", Scientific American, Vol. 265, No 2, August 2001, pp. 26-35.

Ressources

E. Petraglio with the BioWall.
© C. Sporer

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G. Tempesti with the BioWall.
© C. Sporer

1,154KB JPEG

The counter on the prototype.
© A. Badertscher

138KB JPEG

The counter on the prototype.
© A. Badertscher

142KB JPEG

The counter on the prototype.
© A. Herzog

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