L'intelligence en essaim pour naviguer dans des écoulements désordonnés à l'aide de signaux chimiques – SWARMER

Lorsqu'une substance chimique faiblement diffusive est advectée dans un milieu turbulent ou poreux, elle se retrouve sous la forme de filaments étirés et repliés par l'écoulement. Nombre d'organismes doivent s'orienter au sein de ce paysage complexe, qu'il s'agisse des bactéries vivant dans nos sols, des cellules migrant dans nos tissus, ou des insectes pollinisant nos jardins. Ces organismes interagissent et se déplacent souvent en groupe, ce qui leur permet de remonter à la source émettrice plus efficacement que s'ils étaient seuls. Ce projet vise à comprendre les mécanismes de cette coopération.

Pour cela, nous combinerons des modèles computationnels de mouvements collectifs, des simulations numériques directes du transport de scalaire au sein d'écoulements en milieux turbulents ou poreux, et des techniques d'optimisation issues de l'intelligence artificielle. Des agents virtuels interagiront dans un environnement simulant des signaux chimiques tels que rencontrés dans la nature. Ces agents seront entraînés à la navigation à l'aide de l'apprentissage par renforcement profond afin de découvrir les meilleures stratégies de coopération.

Équipés de cette plateforme numérique unique, nous réaliserons des expériences in silico pour répondre à trois questions :
- Q1 : Quels sont les comportements individuels qui permettent l'émergence de capacités de navigation ?
- Q2 : Comment le transport de scalaire dans les écoulements désordonnés contraint-il les stratégies de navigation et de communication ?
- Q3 : Quelles sont les caractéristiques de la navigation collective qui peuvent être conservées à travers les systèmes et les échelles ?

Cette approche mécaniste du vivant permettra de découvrir les principes fondamentaux de la navigation collective et contribuera au domaine naissant de la matière active intelligente. Elle fournira par ailleurs des lignes directrices pour la conception d'essaims robotiques capables de naviguer de manière autonome.