BioWall

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Vue d'ensemble du BioWall

Au Laboratoire de systèmes logiques (LSL) de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), nous concevons des circuits numériques bio-inspirés depuis plusieurs années. Au cours de ces recherches, nous avons exploré la plupart des axes biologiques en quête d'une telle inspiration. Cela nous a conduit des systèmes phylogénétiques, inspirés par l'évolution des espèces, aux systèmes ontogénétiques , inspirés par le développement et la croissance des organismes multicellulaires, en passant par les systèmes epigénétiques, inspirés par l'adaptation des individus à leur environnement.
Parmi ces axes de recherche, l'effort principal s'est concentré sur l'axe ontogénétique dans le cadre du projet Embryonique. Ce projet tire son inspiration du développement des individus multicellulaires et vise à conférer au matériel informatique certaines propriétés des organismes biologiques, telles que la croissance et la tolérance aux pannes, notamment.
Nos activités ont suscité un réel intérêt dans des milieux divers et parfois inattendus. Ainsi l'intérêt le plus inattendu fut sans conteste celui de Mme Jacqueline Reuge, qui a décidé de financer la construction d'une machine destinée à présenter les principes de l'Embryonique au grand public, dans un musée (la Villa Reuge) dédié à la mémoire de son défunt mari. Son soutien généreux nous a permis de maintenir une tradition: la vérification des concepts de nos projets sous forme d'une réalisation matérielle.
Cette bonne fortune nous a donc permis de construire la machine dont on rêvait. La machine s'appelle BioWall en raison de son inspiration biologique, d'une part, et de ses dimensions, d'autre part. Conçue principalement comme une plate-forme de démonstration publique des propriétés de nos systèmes embryoniques par le truchement d'interactions visuelles et tactiles, la réalisation finale du BioWall atteint des dimensions impressionnantes (5.3mx0.6mx0.5m=3.68m3).

Sur cette machine, nous avons pu, pour la première fois, implémenter dans le matériel un organisme doté de toutes les propriétés d'une machine embryonique. Cet organisme, la BioWatch, dont la fonctionnalité se résume à compter les heures, les minutes et les secondes, permet de démontrer les capacités de croissance et d'autoréparation de nos systèmes.
En un sens, l'implémentation de la BioWatch suffirait à justifier l'effort investi dans la construction du BioWall (la réalisation de systèmes embryoniques étant primitivement le but de cette machine). Cependant, tout en développant notre machine, nous avons rapidement réalisé que les possibilités d'une telle plate-forme ne se limitaient pas à cette seule application. Comme le montre sa description technique, il s'agit d'une plate-forme idéale pour le prototypage de toutes sortes de systèmes cellulaires à deux dimensions, c'est-à-dire de systèmes composés d'un réseau de petits éléments localement interconnectés.
Les applications répondant à cette description sont nombreuses, en particulier dans le domaine des systèmes bio-inspirés. Les automates cellulaires, par exemple, constituent un environnement très courant en recherche bio-inspirée. Cela englobe, pour en citer quelques-uns dans un ordre de complexité croissante, le jeu de la vie de John Conway, les boucles autoréplicatives initiées par Chris Langton et le constructeur universel de von Neumann. Et bien que le BioWall soit parfaitement adapté à l'implémentation des automates cellulaires, il ne se limite pas à cela. Comme autres exemples de systèmes bio-inspirés, nous décrirons l'implémentation d'un type particulier de réseaux neuromimétiques artificiels développés par Alan Turing et la réalisation bidimensionnelle de Firefly, une machine destinée à démontrer l'évolution matérielle en ligne.
Ces applications ne dévoilent qu'une faible partie des capacités du BioWall, capacités que nous continuons de découvrir. La structure cellulaire de la machine constitue une plate-forme idéale pour le prototypage de systèmes bio-inspirés. Ceux-ci exploitent en effet souvent une telle structure, que l'on retrouve communément dans la nature. La taille du BioWall impose cependant un certain nombre de limitations (fréquence d'horloge, par exemple), mais sa faculté de reprogrammation lui confère une remarquable souplesse d'emploi. Les interactions visuelles et tactiles du système constituent des supports incomparables pour la dissémination des idées et pour la vérification matérielle de concepts souvent réduits aux simulations logicielles.
Pour conclure, nous vous invitons tous à venir "jouer" avec la machine dans l'une des manifestations où elle est exposée publiquement ou en contactant un membre du staff pour organiser une visite dans notre laboratoire. Nous sommes aussi prêts à mettre notre machine à la disposition d'autres groupes de chercheurs pour leur permettre de matérialiser leurs idées et leurs concepts.

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