Éco-intelligence : exploiter la puissance de calcul de la nature

L’Université de Kyoto étudie les capacités de calcul des réseaux écologiques.

Des chercheurs de l’Université de Kyoto ont démontré la puissance de calcul des écosystèmes naturels grâce à l’informatique des réservoirs écologiques, suggérant un lien entre une biodiversité élevée et une puissance de calcul élevée, et pouvant conduire à de nouveaux types d’ordinateurs et à des connaissances sur la dynamique des écosystèmes.

La croissance exponentielle des réseaux de neurones et des outils d’IA pour l’analyse des données est bien documentée. Cependant, le potentiel de traitement de l’information des réseaux présents dans les écosystèmes naturels, tels que les relations interspécifiques, reste largement inexploité.

Une étude récente menée à l’Université de Kyoto a mis en lumière les capacités de calcul des écosystèmes, offrant une voie prometteuse pour l’avancement rapide des technologies d’IA. Les simulations menées ont vérifié que les réseaux au sein des écosystèmes, tels que les interactions entre proies et prédateurs, possèdent des capacités efficaces de traitement de l’information et peuvent être exploités comme une ressource informatique.

« Nous avons nommé cette approche calcul réservoir écologique», déclare l’auteur principal de l’Université de Kyoto, Masayuki Ushio.

Les chercheurs ont développé deux types de calcul de réservoir écologique comme preuve de concept que les réseaux écologiques ont une puissance de calcul.

Un type est une approche informatisée appelée en silicone calcul réservoir écologique, qui modélise la dynamique hypothétique de l’écosystème et simule la réponse du système. Le second est un système empirique appelé calcul de réservoir écologique en temps réelqui utilise la dynamique de population en temps réel de l’organisme unicellulaire Tetrahymena thermophila.

Dans la seconde approche, pour confirmer la puissance de calcul d’un système écologique naturel, l’équipe d’Ushio a mis en place un plan expérimental utilisant Tetrahymena thermophila. Après avoir entré des valeurs comme la température du milieu de culture – ou des données d’entrée – l’équipe a obtenu des nombres de cellules comme sortie du système. L’étude a confirmé la possibilité que le Tétrahymène population pourrait faire des prédictions dans un avenir proche de séries chronologiques écologiques.

“Nos résultats suggèrent également qu’il pourrait y avoir un lien entre une biodiversité élevée et une puissance de calcul élevée, mettant en lumière de nouvelles valeurs de biodiversité jusque-là inconnues”, ajoute Ushio, actuellement chercheur principal à l’Université des sciences et technologies de Hong Kong.

“Une relation directe entre la diversité d’une communauté et sa capacité de calcul peut améliorer son quotient de biodiversité.”

Les communautés écologiques traitent une grande quantité d’informations en temps réel dans un écosystème naturel, où le potentiel des interactions écologiques pour servir de nouvelle méthode de calcul est considérablement élevé.

« Notre nouvelle méthode de calcul pourrait conduire à l’invention de nouveaux types d’ordinateurs. De plus, en développant un moyen de mesurer la capacité de traitement de l’information d’un écosystème naturel, nous pouvons trouver des indices sur la façon dont la dynamique de l’écosystème est maintenue », conclut Ushio.

Référence : « Capacité de calcul de la dynamique écologique » par Masayuki Ushio, Kazufumi Watanabe, Yasuhiro Fukuda, Yuji Tokudome et Kohei Nakajima, 19 avril 2023, Science ouverte de la Société royale.
DOI : 10.1098/rsos.221614