Publié le 12 janvier 2024 18h25. Des chercheurs de l’Université Carnegie Mellon se sont inspirés de la curiosité naturelle des animaux pour développer une intelligence artificielle capable d’explorer son environnement de manière autonome, ouvrant la voie à des découvertes scientifiques potentielles sans intervention humaine.
- Une équipe de l’Université Carnegie Mellon a créé un poisson zèbre virtuel capable d’explorer un environnement simulé sans formation préalable.
- Ce poisson zèbre virtuel reproduit une activité cérébrale similaire à celle d’un animal réel et démontre une autonomie comparable.
- Cette recherche vise à développer des « scientifiques IA » capables d’analyser des données complexes et de faire des découvertes sans biais humain.
Aran Nayebi, professeur adjoint au Département d’apprentissage automatique de l’Université Carnegie Mellon, illustre le concept en plaisantant : son robot aspirateur a un cerveau plus grand que ses deux chats. Cependant, contrairement à ces animaux domestiques qui explorent avec agilité et indépendance, le robot aspirateur est limité à un parcours préprogrammé. Cette observation a suscité chez Nayebi et ses collègues une question fondamentale : comment concevoir une IA capable d’une exploration véritablement autonome ?
L’équipe de recherche a développé un modèle informatique, baptisé 3M-Progress (Model-Memory-Mismatch Progress), qui permet à un agent d’IA d’explorer et de s’adapter à son environnement sans récompense externe ni données étiquetées. Ce modèle s’appuie sur une double composante de mémoire : une mémoire à court terme des expériences récentes et une « mémoire antérieure éthologiquement pertinente », c’est-à-dire une compréhension préexistante du fonctionnement du monde. L’inadéquation entre les nouvelles expériences sensorielles et cette mémoire antérieure déclenche une mise à jour du modèle, permettant à l’agent d’apprendre et de s’améliorer.
Les chercheurs ont choisi le poisson zèbre comme sujet d’étude en raison de travaux antérieurs en biologie sur les cellules gliales de son cerveau. Ces cellules, longtemps négligées, se sont révélées cruciales pour la capacité des larves de poisson zèbre à nager et à explorer leur environnement. Des expériences ont montré que lorsque la capacité du poisson zèbre à utiliser sa queue est bloquée, il entre dans un état de passivité induite par la futilité, cessant de bouger après avoir constaté l’inefficacité de ses efforts. C’est l’interaction avec les cellules gliales qui lui permet de réessayer.
En recréant cette situation en simulation, l’équipe de Nayebi a constaté que le poisson zèbre virtuel manifestait un comportement similaire, sans aucune connaissance préalable de cet état. Ce résultat est particulièrement significatif, car il démontre que l’IA peut reproduire des comportements complexes sans être explicitement programmée pour le faire.
« Nos recherches montrent que les approches existantes de la curiosité intrinsèque ne sont pas suffisamment flexibles pour capturer une véritable exploration animale. »
Reece Keller, doctorant à l’Institut des neurosciences et à l’Institut de robotique de CMU
L’objectif ultime de ces recherches est de créer des « scientifiques IA » capables d’analyser des ensembles de données massifs et complexes sans les préjugés inhérents à l’interprétation humaine. Nayebi estime que cette approche pourrait rendre plus probables les découvertes scientifiques fortuites, comme celle de la pénicilline. En effet, les agents d’IA sont mieux équipés pour gérer la complexité des données biologiques, où de nombreux éléments interconnectés s’influencent mutuellement.
Contrairement aux robots aspirateurs, qui sont guidés par des récompenses externes, le poisson zèbre simulé est motivé par un signal d’inadéquation, l’incitant à explorer de manière significative, à l’image de la curiosité animale. L’équipe de recherche, composée également d’Alyn Kirsch, Felix Pei, Xaq Pitkow et Leo Kozachkov, prévoit d’étendre cette approche à d’autres domaines et modes d’exploration.
L’étude biologique originale sur les cellules gliales du poisson zèbre a été une source d’inspiration clé pour ce travail.
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