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Une évidence embarrassante pour les ingénieurs
Je suis docteur en science des matériaux mais je dois l’avouer : quand on observe certains matériaux naturels, une chose saute aux yeux : la nature semble souvent faire mieux que nous.
Quelques exemples bien connus des spécialistes en matériaux :
- La nacre des coquillages est plus résistante que beaucoup de céramiques industrielles.
- L’os combine rigidité et capacité de réparation que ne possède les matériaux artificiels.
- La soie d’araignée rivalise avec les meilleurs polymères synthétiques.
Et pourtant, aucun laboratoire, aucune IA, aucun superordinateur n’a participé à leur conception.
La nature a fait autrement. Comment ? Découvrons le toute de suite.
La différence fondamentale : le temps
La nature ne conçoit pas les matériaux comme nous. Un ingénieur travaille sur :
- quelques années de recherche,
- quelques centaines d’essais,
- un nombre limité de paramètres.
La nature, elle, travaille avec :
- des millions d’années d’évolution,
- des milliards d’itérations,
- une sélection permanente par l’environnement.
Chaque matériau naturel est le résultat d’une évolution lente et impitoyable.
Les solutions inefficaces disparaissent.
Les solutions robustes persistent.
La nature n’optimise pas pour la performance maximale.
Elle optimise pour la survie et l’adaptation.
C’est un laboratoire à ciel ouvert ! Oups à univers ouvert, devrais-je dire.
Des architectures que nous avons longtemps ignorées
La force des matériaux naturels ne vient pas seulement de leur composition chimique.
Elle vient surtout de leur architecture interne.
Dans la nacre par exemple : de fines plaquettes minérales, séparées par des couches organiques organisées en structure hiérarchique. Cette architecture multi-échelle permet : de dévier les fissures, de dissiper l’énergie, d’éviter les ruptures brutales. Autrement dit : la nature ne fabrique pas simplement de la matière.
Elle organise la matière.
On pourrait en dire de même de l’organisation micro fibrillaire des fibres végétales.
D’ailleurs, cela me fait penser à l’épisode 29 de Draw Me un matériau, Biomimétisme industriel : la nature comme plan B… ou plan A ?, où Mike reçoit Sidney Rostan. Leurs échanges ont porté sur l’intelligence et la sophistication de la nature au service de l’innovation.
L’IA pourrait-elle apprendre de cette évolution ?
C’est ici que l’intelligence artificielle devient intéressante.
Parce qu’au fond, l’évolution naturelle ressemble beaucoup à certains algorithmes :
- variation,
- sélection,
- amélioration progressive.
Certains chercheurs utilisent déjà des algorithmes évolutionnaires pour concevoir des matériaux ou des microstructures.
Le principe est simple :
- l’IA génère des milliers de structures possibles,
- elle simule leur comportement,
- elle conserve les meilleures,
- elle les modifie légèrement,
- et recommence.
En quelque sorte, l’IA accélère artificiellement un processus proche de l’évolution naturelle.
L’ingénieur face à une nouvelle forme d’inspiration
Pendant longtemps, la biomimétique consistait surtout à imiter la nature.
- Observer la nacre.
- Observer les os.
- Observer les structures végétales.
Mais avec l’IA, quelque chose change.
Nous ne nous contentons plus d’imiter.
Nous pouvons reproduire le processus d’exploration lui-même.
Ce n’est plus la nature comme modèle.
C’est la nature comme méthode de conception.
Une question qui dépasse la science des matériaux
Si l’IA commence à concevoir des matériaux en reproduisant les logiques de l’évolution, une question intéressante me paraît inévitable.
Pendant des millions d’années, la nature a inventé des matériaux pour survivre. Nous, nous cherchons souvent à inventer des matériaux pour produire plus vite, plus fort, plus durable.
Mais si nous apprenions vraiment de la nature, peut-être poserions-nous une autre question :
Un matériau doit-il être le plus performant possible…
ou simplement le plus compatible possible avec le monde vivant ?
A ce propos, j’écrivais déjà dans mon roman Datamanciens : « L’homme est un renfort de la matrice que forme la nature. Est-ce au renfort de se conformer à la matrice ou l’inverse ? »
A méditer
Alphonse
Légende Photo :
mater'IA avec le Dr. Komlavi Alphonse Gogoli. Crédit : Cosmos Materia
Mater’IA
Mater’IA est la chronique du média Cosmos Materia à la frontière de l’intelligence artificielle et des matériaux.
