Pourquoi le blob intéresse-t-il la science appliquée ?
Le blob résout des problèmes complexes (optimisation de réseau, navigation, apprentissage) avec des mécanismes biologiques très simples : des oscillations de cytoplasme, des signaux chimiques et du feedback physique. Pas de processeur, pas de programme, pas de consommation d'énergie importante.
Pour les ingénieurs et les informaticiens, c'est une source d'inspiration précieuse. Si la nature a trouvé un moyen aussi efficace de résoudre ces problèmes avec si peu de ressources, peut-on en extraire des principes applicables à des systèmes artificiels ?
Informatique : le Physarum Solver
La contribution la plus directe du blob à l'informatique est l'algorithme Physarum Solver, formalisé par Tero et al. en 2007 (Physica D). Cet algorithme imite le comportement du blob pour trouver des réseaux optimaux :
- Il représente le problème comme un graphe (noeuds = villes, arêtes = connexions possibles)
- Il simule un flux entre les noeuds source et destination avec des "tubes" dont la conductance évolue selon le trafic
- Les tubes très utilisés s'élargissent (feedback positif), les tubes peu utilisés se rétractent
- Le réseau converge vers un état optimal ou quasi-optimal
Applications documentées :
- Optimisation de réseaux de transport : routes, lignes de transport en commun, réseaux ferroviaires
- Routage internet : pour trouver les chemins les plus efficaces dans un réseau avec des congestions variables
- Réseaux d'alimentation en eau : optimisation de la topologie pour minimiser les pertes et maximiser la résilience aux pannes
Source
Tero A., Kobayashi R., Nakagaki T. (2007). "A coupled-oscillator model with a conservation law for the rhythmic amoeboid movements of plasmodial slime molds." Physica D, 205, 125-135. Nakagaki T. et al. (2010). "Rules for biologically inspired adaptive network design." Science, 327, 439-442.
Robotique : les robots mous inspirés du blob
Le mode de déplacement du blob (pas de squelette, pas de muscles, mouvement par flux internes) inspire une nouvelle génération de robots :
Les robots à flux de fluide
Des chercheurs de l'EPFL (Lausanne) et du MIT ont développé des robots "mous" dont la locomotion repose sur des pompes microfluidiques imitant les oscillations du cytoplasme du blob. Ces robots peuvent se faufiler dans des espaces très étroits, changer de forme et naviguer sans carte pré-programmée.
Les robots Physarum-inspirés
Une équipe de l'Université de Nagoya (Japon) a développé un robot dont l'architecture de contrôle imite le réseau distribué du blob : pas de processeur central, chaque segment du robot calcule localement et les comportements globaux émergent de ces interactions. Le robot peut naviguer dans des labyrinthes sans aucune programmation de navigation.
Médecine : livraison ciblée de médicaments
La capacité du blob à "naviguer" vers des sources chimiques et à distribuer des substances dans son réseau inspire des recherches en nanomédecine :
- Nanovésicules biomimétiques : des structures inspirées de la membrane du blob, capables de détecter des signaux chimiques (présence d'une tumeur, inflammation) et de se déplacer vers ces zones pour y libérer des principes actifs
- Systèmes de guidage sans moteur : des microstructures qui exploitent les flux de fluide interne pour se propulser sans partie mobile mécanique
- Réseau de distribution de médicaments : l'architecture veinale du blob inspire des designs de micro-réseaux pour la distribution uniforme de substances dans des tissus cultivés en laboratoire (médecine régénérative)
Urbanisme et aménagement du territoire
L'expérience du réseau de Tokyo (Nakagaki, Science 2010) a directement inspiré des urbanistes. Si le blob, guidé uniquement par ses besoins biologiques, produit spontanément des réseaux dont les propriétés (efficacité, robustesse, redondance) sont comparables à ceux que des ingénieurs humains mettent des décennies à construire, alors le principe du blob peut guider l'aménagement de réseaux :
- Des urbanistes à Barcelone ont utilisé le Physarum Solver pour optimiser le réseau de pistes cyclables de la ville
- Des ingénieurs en Allemagne l'ont appliqué à la résilience des réseaux électriques : quels tronçons supprimer ou renforcer pour qu'un réseau soit le plus résistant aux pannes ?
- Des architectes utilisent des simulations blob-inspirées pour concevoir des plans de bâtiments qui optimisent simultanément les flux de circulation, d'air et de lumière
Biologie fondamentale et neurosciences
Au-delà des applications, le blob continue d'alimenter la biologie fondamentale :
- Mémoire sans neurones : comprendre comment le blob stocke de l'information pourrait ouvrir des pistes pour la compréhension de pathologies neurodégénératives
- Intelligence cellulaire : le blob est un modèle pour étudier comment une cellule unique peut produire des comportements complexes, ce qui a des implications pour la compréhension du cancer (des cellules qui "décident" de se comporter différemment)
- Origine de la cognition : si des formes primitives de mémoire et d'apprentissage existent chez les protistes, la capacité cognitive serait bien plus ancienne et répandue dans le vivant qu'on ne le croyait
Le blob comme modèle universel ?
Certains chercheurs font valoir que le blob est l'un des organismes les plus utiles pour la biologie fondamentale, précisément parce qu'il est si simple. Il permet d'étudier des processus fondamentaux (division cellulaire, signalisation, mémoire, locomotion) dans un système où les variables sont beaucoup plus contrôlables que dans un organisme complexe.