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Distributed Algorithms for Optimal Decision-Making

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Comment les abeilles peuvent aider les robots en essaim – et nous – à prendre de meilleures décisions

Une nouvelle étude révèle que les règles sous-jacentes de la prise de décision sont conservées entre les individus, les groupes et les superorganismes, comme par exemple les essaims d’insectes.

Recherche fondamentale

Pour fonctionner de manière efficace, les essaims de robots automatisés doivent partager des informations entre eux et arriver à une décision sur ce qu’il convient de faire. Le projet DiODe, financé par l’UE, a tenté de découvrir des vérités universelles sur l’architecture de ce processus délibératif. «Notre objectif était de découvrir la manière dont les groupes peuvent prendre des décisions de la meilleure manière possible», explique le coordinateur du projet, James Marshall, professeur de biologie théorique et numérique à l’Université de Sheffield. Son équipe s’est inspirée des neurosciences, de la théorie de la décision, des mathématiques, des sciences politiques et de la psychologie pour mener à bien ses recherches. «Ce qui a motivé cette approche est le fait que beaucoup de robots déployés en essaim fonctionnent avec des heuristiques spécifiques, en recourant à de petites astuces», explique-t-il. «Pour que la robotique en essaim devienne une technologie respectable et intéressante à déployer, nous devons raisonner davantage sur la manière dont le groupe va se comporter.»

Détection du quorum

Identifier le seuil de vote à appliquer pour prendre une décision a représenté un résultat majeur. «En sciences politiques, on part souvent du principe qu’il convient d’utiliser un seuil de majorité simple, le théorème du jury de Condorcet stipulant que plus le nombre de membres du groupe est élevé, meilleures sont les décisions prises», ajoute James Marshall. «Nous avons démontré que les choses sont plus nuancées.» Empruntant à la théorie de la détection des signaux, James Marshall et son équipe ont démontré que les décisions en apparence binaires, telles qu’un essaim d’abeilles décidant si tel endroit est propice à la nidification ou non, sont en réalité plus complexes, car elles comportent le risque de faux négatifs et de faux positifs. «Lorsque nous prenons en compte cette nuance, les niveaux de quorum optimaux nécessaires dans un groupe changent, et peuvent être une majorité qualifiée ou une sous-majorité en fonction d’éléments tels que les coûts relatifs des différents types d’erreur», fait-il remarquer. Selon James Marshall, dans la nature, les décisions sont généralement basées sur la détection du quorum plutôt que sur une majorité qualifiée, déclenchant une décision lorsqu’un certain seuil est atteint. «Nous avons trouvé une belle structure mathématique dans cet espace, ce fut le moment mathématique le plus esthétique de ma carrière», ajoute-t-il. James Marshall souligne une autre distinction: alors que les démocraties humaines ont tendance à voter dans un acte décisif, dans la nature, les décisions sont façonnées de manière plus progressive, de nouvelles informations étant constamment apportées. «Avec un essaim, il ne s’agit pas d’un vote unique, mais d’un processus continu, où les abeilles s’influencent mutuellement pendant le vote, et où elles vont inhiber les abeilles concurrentes.»

La sagesse de la foule

L’équipe de James Marshall a mené d’autres recherches visant à identifier la manière optimale d’équilibrer le temps nécessaire pour prendre une décision et la valeur découlant de cette décision, deux facteurs critiques pour le fonctionnement efficace des drones. Le projet a bénéficié du soutien du Conseil européen de la recherche. «Cela m’a permis de mettre en place une équipe sur le long terme qui a rassemblé des expertises», explique James Marshall. «Ce fut l’occasion de nous concentrer sur ces questions durant une période suffisamment longue pour réaliser des progrès cohérents.» Les résultats du groupe sont désormais disponibles sur un portail web, afin que d’autres chercheurs puissent expérimenter leurs idées dans des organismes modèles. Ils alimenteront également une entreprise dérivée dirigée par James Marshall, Opteran Technologies, qui vise à coder des cerveaux de type animal dans du silicium pour des machines automatisées.

Mots‑clés

DiODe, décision, automatisé, distribué, Condorcet, jury, démocraties, essaim, mathématique

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