Comment le cerveau des abeilles façonne les puces informatiques de nouvelle génération
infohightech ·
Des chercheurs s'inspirent des abeilles pour concevoir les technologies de navigation de demain. Les abeilles se déplacent dans leur environnement avec une précision étonnante. Leur cerveau inspire aujourd'hui la conception de puces minuscules à faible consommation qui pourraient un jour guider des robots et des capteurs miniatures.
Lorsqu'une abeille quitte la ruche, elle possède déjà son propre système de navigation interne. En analysant les motifs du ciel et sa vitesse de vol, elle peut se repérer et rentrer à la ruche en toute sécurité. Les chercheurs s'inspirent désormais de ce mécanisme dans l'espoir de révolutionner la façon dont les ordinateurs s'orientent.
« Une abeille retrouve son chemin sans smartphone ni système de navigation par satellite », explique Anders Mikkelsen, professeur à l'université de Lund en Suède. « Elle y parvient en observant la polarisation du ciel et en se basant sur sa vitesse. Grâce à cela, elle ne se perd pas. »
Anders Mikkelsen fait partie d'une équipe de scientifiques participant à l'initiative InsectNeuroNano, financée par l'UE, qui vise à reproduire le système de navigation interne de l'abeille sur une puce informatique. Les puces actuelles peuvent déjà imiter la façon dont les abeilles retrouvent leur chemin vers la ruche, mais ces dernières le font avec une efficacité bien supérieure à celle des ordinateurs.
« Une puce ultralégère pèsera facilement plus de 80 grammes et consommera plus de 7 watts », précise Anders Mikkelsen, coordinateur de l'initiative. « Une abeille pèse moins d'un gramme et consomme moins d'un centième de watt pour son cerveau. Imaginez une puce aussi performante ! »
«Une abeille retrouve son chemin sans smartphone ni système de navigation par satellite ». Dr Anders Mikkelsen, InsectNeuroNano
C’est précisément l’objectif de l’équipe de Mikkelsen, composée de chercheurs d’universités et de laboratoires de cinq pays européens. Ils développent une puce inspirée des insectes, capable de déterminer sa propre position. Cette puce sera plus petite et plus performante que tous les dispositifs actuellement disponibles pour ce type de navigation.
Il pourrait être utilisé dans tout, des capteurs environnementaux à bas coût aux robots insectoïdes qui nettoient l'environnement.
« On pourrait créer de petits robots de la taille d'insectes avec ça », a déclaré Anders Mikkelsen. « Ce serait comme avoir une colonie d'abeilles, mais en les contrôlant. On pourrait, par exemple, utiliser ces petits robots pour dépolluer, construire une structure ou polliniser artificiellement un champ. »
Navigation câblée
Mais pourquoi le cerveau de l'abeille est-il plus performant qu'une puce ? Les puces actuelles sont polyvalentes et conçues pour accomplir différentes tâches. Par exemple, le processeur – le « cerveau » d'un ordinateur – nous permet d'envoyer des courriels, de charger des pages web et de modifier des documents texte.
Des puces plus spécialisées, comme les cartes graphiques, gèrent tout, des photos de chats aux univers complexes des jeux vidéo.
La puce que conçoit l'équipe InsectNeuroNano est destinée à une seule fonction : déterminer sa position grâce aux signaux d'un capteur de lumière qui lui est fixé.
La puce est hautement spécialisée, à l'instar du cerveau de l'abeille, qui a évolué pour une navigation efficace plutôt que pour la polyvalence. Cela pourrait paraître une limitation, mais c'est ce qui permet à la puce d'être petite et économe en énergie.
« Notre puce ne peut accomplir qu'une seule tâche », souligne Anders Mikkelsen. « Mais elle le fait avec une efficacité énergétique extrême et dans un format minuscule. C'est une stratégie totalement différente de celle des autres puces informatiques. »
Du cerveau de l'insecte à la puce
L'équipe de recherche, composée de biologistes et d'ingénieurs, s'efforce d'intégrer les connaissances issues du monde des insectes à la conception informatique. Parmi eux, la professeure Elisabetta Chicca, de l'université de Groningue aux Pays-Bas, spécialiste des circuits et systèmes bio-inspirés.
« Pour certains problèmes, la nature a déjà trouvé une solution compacte, économe en énergie et efficace », a déclaré Elisabetta Chicca. « Le cerveau des insectes en est un bon exemple. Nous ne savons pas tout à leur sujet, mais nous en savons suffisamment pour commencer à construire un système. »
S’appuyant sur les connaissances des biologistes, Elisabetta Chicca a construit des modèles virtuels des puces, une tâche rendue plus difficile par le fait que le cerveau des insectes est encore mal compris. « Il faut formuler des hypothèses sur leur fonctionnement pour pouvoir les transposer aux puces », a-t-elle expliqué.
Ce type de recherche est également utile aux biologistes. En faisant appel à des scientifiques d'autres disciplines pour compléter les connaissances, on peut mieux comprendre le fonctionnement du cerveau des insectes. Par exemple, des modèles sur puce pourraient suggérer comment certains circuits cérébraux sont câblés.
« Nous apprenons des biologistes », met en lumière Elisabetta a déclaré Chicca. « Mais les biologistes apprennent aussi de nous. C'est formidable à constater. »
Premiers pas pour les abeilles robots
Ces recherches contribuent à repenser le fonctionnement des puces. Habituellement, une puce transmet des signaux électriques entre ses composants par l'intermédiaire de fils. Ce modèle a dominé l'informatique pendant des décennies.
InsectNeuroNano utilise quant à lui des circuits nanophotoniques qui guident la lumière à travers de minuscules structures sur la puce, de seulement quelques milliardièmes de mètre de diamètre, dans un processus appelé calcul photonique.
« On peut transmettre davantage de données par la lumière, et ce de manière plus économe en énergie », explique Anders Mikkelsen. « De plus, notre capteur détecte la lumière ; nous l’utilisons donc pour percevoir et analyser, ce qui simplifie les choses. Ces deux aspects sont essentiels si l’on veut une puce de la taille d’un cerveau d’insecte. »
«Pour certains problèmes, la nature a déjà trouvé une solution compacte, économe en énergie et efficace. Le cerveau des insectes en est un exemple. » Dr Elisabetta Chicca, InsectNeuroNano
Jusqu’à présent, les chercheurs – dont le projet se poursuit jusqu’en septembre 2026 – sont parvenus à créer en laboratoire un premier prototype de puce imitant le fonctionnement du cerveau des insectes.
Néanmoins, selon Mikkelsen, il faudra environ 10 ans avant que cette technologie ne se concrétise.
Fabriquer des puces aussi petites, tout en utilisant de nouveaux principes de conception comme le calcul nanophotonique, est complexe. Néanmoins, les travaux de l'équipe ont déjà permis de faire progresser la technologie, et les chercheurs ont beaucoup appris au cours de ce processus.
« Il reste encore de nombreuses étapes à franchir avant de voir une abeille robot voler dans les airs », a déclaré Mikkelsen. « Mais nous avons fait un énorme pas en avant dans ce projet. Nous sommes passés d'un concept théorique à quelque chose sur une table de laboratoire qui imite le cerveau des insectes. »
Leurs travaux, bien qu'ils nécessitent encore des années de recherche, ont ouvert la voie à des robots de la taille d'insectes qui pourraient un jour se repérer en lisant le ciel, tout comme les abeilles.
« Il nous faut maintenant mettre en place un système complet », conclut Anders Mikkelsen. « Nous devons transposer à plus grande échelle tout ce que nous avons appris en laboratoire. Les premiers pas ont été franchis ; les véritables progrès peuvent maintenant commencer. »
Les recherches présentées dans cet article ont été financées par le Conseil européen de l'innovation (EIC). Les opinions exprimées par les personnes interviewées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne. Si cet article vous a plu, n'hésitez pas à le partager sur les réseaux sociaux.
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