| Titre : | Evolution et adaptation de comportements de créatures artificielles dans un écosystème simulé |
| Auteurs : | Nesrine Ouannes, Auteur ; Noureddine Djedi, Directeur de thèse |
| Type de document : | Thése doctorat |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2015 |
| ISBN/ISSN/EAN : | TINF/81 |
| Format : | 1 vol. (136 p.) / ill. / 29 cm |
| Langues: | Français |
| Résumé : |
De par son enjeu écologique important, l’étude des relations des êtres vivants entre eux et avec leur environnement est un défi majeur de la biologie. Le travail de cette thèse s’inscrit dans le cadre de la vie artificielle, domaine scientifique destiné à l’étude du vivant par la création de phénomènes naturels dans des systèmes de synthèse. Le but de la recherche consiste à exploiter la force des techniques évolutionnaires pour faire émerger des comportements de créatures artificielles, dans un écosystème simulé. La problématique générale de cette thèse est de faire évoluer des créatures artificielles capables de comportements de recherche de nourriture. Deux modèles ont été développés. Le premier modèle consiste à exploiter la chimiotaxie bactérienne afin de surmonter les problèmes de détection des ressources (ou de l’environnement). La voie chimiotactique d’une cellule est modulée par une approche hybride qui utilise un modèle algébrique de l’activité des groupes récepteurs, et des équations différentielles pour la dynamique d’adaptation,ainsi qu ?un modèle métabolique qui convertit des nutriments en biomasse. Dans la partie résultats, nous avons développé une certaine analyse du mouvement obtenu à partir de certaines bactéries et leur influence sur le comportement de la population évoluée. Nous avons pu constater que le processus évolutif améliore la capacité des bactéries à réagir dans leur environnement ainsi que leurs capacités de croissance leur permettant de mieux survivre. Ensuite, nous avons étudié l’effet de la communication bactérienne qui permet de faire émerger de nouvelles espèces, et qui explore la dynamique des colonies. Certains des comportements obtenus ont été testés dans des environnements différents afin de montrer la façon dont la communication bactérienne peut affecter leurs comportements. Le deuxième modèle est celui du développement de créatures 3D physiquement simulées (les herbivores) qui se nourrissent des ressources disponibles dans leur milieu. Un algorithme génétique couplé à un réseau de neurones artificiel ont été mis en ?uvre afin de garantir l’émergence de certains de ces comportements tels que la recherche de nutriments qui sont disposés à différents endroits dans l’écosystème artificiel. Le processus évolutif utilise les propriétés physiques des créatures virtuelles et une fonction multi-objective externe qui mèneront aux comportements espérés. L’expérience consistant à faire évoluer des créatures virtuelles possédant des capacités de locomotion montre que ces créatures virtuelles tentent d’obtenir au moins une des sources alimentaires disposées sur leurs trajectoires.Nos meilleures créatures sont capables d’atteindre plusieurs sources alimentaires durant le temps imparti à la simulation. |
| Sommaire : |
1 Introduction générale 1 1.1 Cadre de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 La bio-inspiration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.5 Organisation de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Vie et Vie Artificielle 6 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2 La vie sur Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1 Origines de la vie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.2 Définition de la vie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 Vie artificielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3.1 Avènement des automates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3.2 Vers une discipline scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.3.3 Naissance de la vie artificielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.4 Quelques motivations biologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.4.1 Biologie synthétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.4.2 Evolution naturelle dans le milieu artificiel . . . . . . . . . . . . . . 12 2.4.3 Décès (la mort) artificielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.5 Organisation des systèmes de vie artificielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5.1 Niveau moléculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5.2 Cellules artificielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5.3 Agents autonomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.5.4 Niveau population . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.6 Implications philosophiques de la vie artificielle . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.6.1 Emergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.6.2 Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.6.3 La vie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.6.4 L’esprit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.6.5 Éthiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.7 Les applications de la vie artificielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.8 Les créatures artificielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3 Les écosystèmes Artificiels 23 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2 Ecosystème Naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.3 Les Écosystèmes artificiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.3.1 Considérations de design pour un écosystème informatique . . . . . 24 3.3.2 Écosystèmes artificiels bactériens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.3.3 Les écosystèmes artificiels de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3.4 Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.3.5 Autres écosystèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.6 Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3.7 Les Écosystèmes artificiels dans l’Art . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4 La modélisation d’un écosystème bactérien par la simulation d’un réseau de chimiotaxie 53 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.2 Synthèse de travaux reliés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3 Le chimiotaxie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.4 L’écosystème bactérien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.4.1 Le réseau de chimiotaxie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.4.2 Le Métabolisme Bactérien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.4.3 La Représentation génétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.5 Paramètres expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.5.1 Algorithme générale du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.6 Résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.6.1 Résultats de Fourragement sans recyclage . . . . . . . . . . . . . . 66 4.6.2 Résultats de Fourragement avec recyclage de la matière . . . . . . . 69 4.7 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.8 Communication entre bactéries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.8.1 Phénomène du ’Quorum Sensing’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.8.2 La simulation du Quorum Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.9 Récapitulatif des résultats obtenus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.10 Limites du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5 Évolution du comportement de recherche de nourriture par des créatures artificielles dans un écosystème physiquement simulé. 82 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.2 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.3 Le Modèle de la Créature Artificielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.4 Le Contrôleur de la Créature Artificielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.4.1 Senseurs et Effecteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.5 Le Flux d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.6 L’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.6.1 Le Génome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.7 Expérimentation 1 : Recherche de nourriture . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.7.1 Conditions expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.7.2 Paramètres d’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 5.7.3 La fonction de fitness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.7.4 Validation de l’expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.7.5 Analyse des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.8 Expérimentation 2 : Poursuite et évasion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.8.1 Conditions expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.8.2 Paramètres d’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.8.3 La fonction de fitness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.8.4 Le processus de coévolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.8.5 Validation de l’expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 5.8.6 Analyse des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 5.9 Récapitulatifs des résultats obtenus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.10 Limites du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 6 Etude Comparative 111 6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.2 Les écosystèmes de créatures virtuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.3 Les écosystèmes bactériens unicellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 6.4 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 7 Conclusion et Perspectives 117 7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7.2 Conclusion Générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 7.3.1 Proposition d’un écosystème 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Bibliographie 122 |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/1532/1/Inf_d2_2015.pdf |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| TINF/81 | Théses de doctorat | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
