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Logistique et leadership: fourmis et essaims de bots

Les fourmis ont beau être des insectes commun, ils ont des talents uniques. Il y a plus de 10 000 espèces de fourmis, qui appartiennent à l’ordre des Hyménoptères, qui comprend les guêpes et les abeilles. Les fourmis sont des créatures sociales qui vivent typiquement dans des communautés structurés dans des nids au niveau du sol, sous-sol ou dans les arbres.

La fourmi Camponotus vit dans le bois et peut être destructive pour les bâtiments ; d’autres espèces telles que les fourmis légionnaires n’ont pas de maison permanent et chassent durant leurs migrations.

Les communautés de fourmis ont à leur tête une ou des reines, dont le rôle est de pondre des milliers d’œufs pour s’assurer de la survie de la colonie. Les fourmis ouvrières sont femelles, sans ailes et ne se reproduisent jamais, passant leur temps à récolter de la nourriture, à s’occuper de la progéniture royale, à travailler sur le nid et à protéger la colonie.

Les fourmis mâles n’ont souvent qu’un rôle, celui de s’accoupler avec la reine, ce après quoi, généralement, ils meurent. Les fourmis communiques et coopèrent grâce à des molécules qui peut alerter les autres d’un danger ou de la présence de nourriture. Les fourmis manges généralement du nectar, des graines ou des insectes, mais les fourmis légionnaires peuvent aussi attaquer les reptiles, les oiseaux et les petits mammifères.

Une fourmi seule ne peut pas faire grand chose, mais la colonie peut résoudre des problèmes complexes, comme la construction d’un nid sophistiqué, sa maintenance et son stockage en nourriture.

Les informaticiens et les créateurs de jeux vidéos travaillent sur l’Intelligence Artificielle (IA) depuis des dizaines d’années et l’IA basée sur les fourmis remporte beaucoup de succès.

Leur comportement intéressa des gens tels que Marco Dorigo, chercheur à l’Université Libre de Bruxelles et un des fondateurs du domaine appelé intelligence en essaim.

Dr Dorigo s’intéressa aux raisons pourquoi les fourmis sont très douées pour trouver le chemin le plus court entre une source de nourriture et leur nid, ce qui est assez similaire du problème classique appellé problème du voyageur de commerce.

Étant donné une liste de villes et les distances les séparant, le voyageur doit trouver le chemin le plus court pour visiter chaque ville une fois, ce qui se complique à fur et à mesure que le nombre de villes augmente. Un ordinateur cherchant la réponse va prendre de plus en plus longtemps et utiliser de plus en plus de processeurs.

Ce problème est intéressant car beaucoup d’autres problèmes complexes, comme la conception de puces électroniques et l’assemblage de séquences ADN n’en sont qu’une version modifiée.

La solution des fourmis se base sur l’utilisation de phéromones. Quand une fourmi trouve à manger, elle le ramène au nid, laissant un chemin de phéromones derrière elle qui sert à attirer d’autres fourmis. Plus le nombre de fourmis empruntant ce chemin est grand, plus le chemin sera attractif. Comme les phéromones évaporent vite, un chemin non utilisé devient vite inintéressant.

La vitesse d’évaporation rend les longs chemins moins attractifs et les phéromones amplifient l’intelligence limitée d’une fourmi en quelque chose de beaucoup plus puissant.

En 1992, Dr Dorigo et son équipe commencèrent à développer Ant Colony Optimisation (ACO), un algorithme qui cherche les solutions à un problème en simulant un groupe de fourmis couvrant une surface en déposant des phéromones. ACO démontra son utilité pour résoudre les problèmes du type voyageur de commerce et ACO est aujourd’hui une famille d’algorithmes appliqués à beaucoup de questions, avec le plus de succès dans le domaine de la logistique.

La chaine de supermarchés suisse Migros et le fabricant de pâtes italien Barilla utilisent tous deux pour calculer les routes de livraison de leurs dépôts centraux vers les commerçants en utilisant AntRoute, un programme développé à partir des principes d’ACO. Chaque matin, le logiciel calcule les meilleures routes et séquences de livraisons selon des variables quotidiennes. Pour calculer le chemin de 1200 camions, le programme prend 15 minutes.

Des algorithmes basés sur le comportement des fourmis est également utilisé dans les réseaux de communication. Dr Dorigo et son collègue GIanni Di Caro ont développé AntNet, un protocole de routage au sein duquel les paquets d’information passent de nœud à nœud, laissant une trace marquant la « qualité » de leur voyage, et ce faisant les autres paquets sentent les chemins pris et choisissent sur la base de ces données.

Le coût d’implémentation de tels protocoles de routage est prohibitif au sein de larges réseaux, mais il a l’air prometteur pour les réseaux mobiles improvisés, tels que ceux utilisés par les forces armées et les agences de protection civile.

BT, la multinationale de télécommunications étudie les fourmis depuis de nombreuses années pour empêcher les réseaux téléphoniques de saturer, utilisant les technique d’auto-organisation des fourmis, qui ne nécessite pas quelqu’un contrôlant tout le système.

Fabrice Saffre, principal chercheur au Pervasive ICT Research Centre de BT dit : « Avec l’auto-organisation vous avez des règles très simples dictant le comportement des unités individuelles pour permettre au groupe d’exécuter une tâche plus complexe. La simplicité permet de limiter le nombre de calculs et d’alléger la demande sur le réseau »

Saffre dit : « C’est une solution très économique, particulièrement pour les problèmes dynamiques. Tout ce que vous pouvez faire grâce à l’auto-organisation ne vous coute en fait quasiment rien. »

Embryo de BT est un programme d’inspiration biologique permettant aux serveurs de s’auto-organiser. Quand les tâches sont distribués parmi les serveurs, chacun analyse sa quantité de travail et si il a besoin d’aide enverra un message à ses voisins pour demander de l’aide pour une certaine tâche.

Si les voisins ne peuvent pas effectuer la tâche, ils contactent leurs voisins et ainsi de suite. Quand un serveur est trouvé, la tâche est réattribuée. Chaque serveur est responsable pour sa propre quantité de travail et ne parle qu’à ses voisins plutôt qu’au réseau entier.

Ceci permet de répartir la charge équitablement et efficacement dans le système, qui sera également plus robuste. Un système centralisé pourrait tomber si une seule partie du réseau se perdait.

Dr Dorigo travaille aussi sur quelque chose qui agit en plus de penser : les robots. Un essaim de petits robots bon marchés peuvent, grâce à la coopération, avoir les mêmes résultats qu’un seul robot de taille (et de coût) plus élevés, avec plus de flexibilité et robustesse ; si un robot casse, l’essaim continue.

Des robots-yeux pourraient regarder et localiser les objets intéressants, les robots-pieds portent les robots-mains au lieu désiré et ces derniers ramassent les objets intéressants et tous rentrent à la maison. Il pense que lesrobots-essaims pourraient être utilisés pour la surveillance et le sauvetage, en particulier pour trouver et sauver les victimes des incendies.

Ndubuisi Ekekwe est le fondateur de Institut Africain de Technologie et voulait créer une bibliothèque numérique en réseau stockant les thèses des universités africaines. Il rencontra des problèmes jusqu’à ce qu’il se mit à étudier les colonies de fourmis au travail.

Ils étaient en constante réorganisation, et chaque membre avait une tâche précise, qu’il effectuait sans relâche. Il décida de recruter une équipe formée de professionnels avec diverses expertises, avec des tâches à accomplir à court terme, et Ekekwe serait à l’écoute de nouvelles idées, en particulier si quelque chose ne marchait pas. Le projet fut un succès et Ekekwe dit : « Les fourmis peuvent nous enseigner beaucoup de choses sur le planning, la stratégie militaire ou la gestion des entreprises. Ils prennent les bonnes décisions en groupe et dépendent l’une de l’autre pour survivre. »

Il y a certaines leçons à retenir pour les chefs d’entreprise ici. En communiquant avec et faisant confiance à tous au sein de l’entreprise, vous pouvez avoir plus de succès. Les leaders ne sont pas les seuls à pouvoir clore les négociations, installer les produits et améliorer les designs. Ils doivent donner aux autres la chance de réussir (ou non) et toujours demander de l’aide aux autres.

Un chef d’équipe doit partager le progrès du projet avec l’équipe ; quand on sait où on se trouve, on peut trouver une solution, et on ne sait jamais qui a la solution ou les réseaux pour permettre d’avancer. Ekekwe rapporte : « il y a un proverbe qui dit ” Les fourmilières ne sont pas construits par les éléphants, mais l’effort collectif de fourmis.” »

Les êtres humains font des choix, ce qui peut amener à prendre des décisions irrationnelles, tandis que les fourmis ne connaissent généralement qu’une option, ce qui les empêche de comparer. Leur « intelligence de masse » est en fait du travail d’équipe, ce qui peut être la clé pour empêcher les fautes que les individus font lorsque seuls.

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