Des organismes sans système de contrôle central comme le cerveau, il en existe des tas d’exemples sur Terre : les bactéries, les cellules sanguines… et pourtant ils possèdent tous la capacité de se déplacer d’un point A à un point B. Comment est-ce possible ? C’est ce qu’une étude publiée le 8 mai 2025 dans la revue Nature a essayé de démontrer. Elle a été réalisée par des chercheurs de l’Université de Vienne et de l’Université américaine Tufts.
Le but derrière ces recherches ? Comprendre comment de petits organismes sans contrôle central réussissent à se déplacer dans la nature permettrait d’appliquer ces méthodes aux nanorobots qui ont pour mission, par exemple, de délivrer des médicaments à un endroit précis dans le corps.
Des organismes modélisés comme un collier de perles
Pour modéliser ces comportements, les chercheurs ont simulé les types de mouvement sur ordinateur. « On peut imaginer des micro-organismes simples composés de plusieurs parties, un peu comme un collier de perles », explique dans un communiqué Benedikt Hartl, auteur principal de l’étude.
« Les différentes parties peuvent bouger les unes par rapport aux autres. Nous voulions savoir dans quelles circonstances cela entraîne un mouvement qui entraîne l’organisme entier dans la direction souhaitée. »
Quand il existe un système de coordination centrale, la question est finalement assez simple. Mais, lorsqu’un organisme unicellulaire simple, sans cellules nerveuses ou centre de traitement de l’information, doit coordonner l’ensemble de ses mouvements, la question est de savoir comment aboutit-il, avec l’ensemble de ses parties, à un mouvement efficace ?
Sur ordinateur, les microorganismes ont été étudiés comme une chaine de billes interconnectées. « Chacune de ces billes peut exercer une force vers la gauche ou vers la droite, mais ne connaît que la position de ses voisines immédiates. On ne connaît pas l’état général de l’organisme ni celui des billes plus éloignées », précise le communiqué.
Lors de l’étude, chaque « bille », donc chaque partie du microorganisme virtuel, a été modélisée avec une forme très simple d’IA. Ce petit réseau représentait des systèmes de contrôle très simple pouvant prendre place dans une cellule, comme un circuit physico-chimique par exemple.
« La question cruciale est désormais : existe-t-il un système de contrôle, un ensemble de règles simples, une stratégie comportementale que chaque perle peut suivre individuellement pour qu’un mouvement de nage collectif émerge – sans aucune unité de contrôle centrale ? », explique Benedikt Hartl.
Les chercheurs ont essayé « de trouver le code de contrôle le plus efficace possible pour obtenir le meilleur comportement de nage », explique le communiqué.
Un comportement complexe dans un organisme simple
Résultats ? « Nous avons pu démontrer que cette approche extrêmement simple suffit à produire un comportement de nage très robuste », raconte Benedikt Hartl. « Bien que notre système ne dispose d’aucun contrôle central et que chaque segment du micro-organisme virtuel se comporte selon des règles très simples, le résultat global est un comportement complexe, suffisant pour une locomotion efficace. »
En plus d’être intéressant sur l’aspect biologique (comprendre le comportement sophistiqué d’un organisme biologique très simple), ces résultats sont intéressants, car ils peuvent être appliqués sur des nanorobots créés en laboratoire. « Cela signifie qu’il serait également possible de créer des structures artificielles capables d’effectuer des tâches complexes avec une programmation très simple », explique Andreas Zöttl, autre auteur de l’étude.
Pour l’avenir, il imagine différentes applications : « Il serait envisageable, par exemple, de construire des nanorobots qui détecteraient activement la pollution pétrolière dans l’eau et contribueraient à son élimination. Ou même des nanorobots médicaux qui se déplaceraient de manière autonome vers des zones spécifiques du corps pour libérer un médicament de manière ciblée. »
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