In my early days as a graduate student, I went on a snorkeling trip off the coast of the Bahamas. I'd actually never swum in the ocean before, so it was a bit terrifying. What I remember the most is, as I put my head in the water and I was trying really hard to breathe through the snorkel, this huge group of striped yellow and black fish came straight at me ... and I just froze. And then, as if it had suddenly changed its mind, came towards me and then swerved to the right and went right around me. It was absolutely mesmerizing. Maybe many of you have had this experience. Of course, there's the color and the beauty of it, but there was also just the sheer oneness of it, as if it wasn't hundreds of fish but a single entity with a single collective mind that was making decisions. When I look back, I think that experience really ended up determining what I've worked on for most of my career.
Au tout début de mes études, je suis partie en voyage aux Bahamas pour faire de la plongée en apnée. Je n'avais jamais vraiment nagé en mer, donc ça me faisait très peur. Ce qui m'a frappée, c'est, lorsque j'ai mis la tête sous l'eau, alors que j'essayais de respirer dans le tuba, un énorme banc de poissons rayés de jaune et noir est venu droit sur moi... J'étais tétanisée. Alors, comme s'il avait soudainement changé d'avis, il s'est approché de moi et m'a contournée par la droite. C’était absolument fascinant. Peut-être avez-vous déjà eu cette expérience. Bien sûr, je parle de la beauté des couleurs mais surtout de son unité pure et simple, comme si ces centaines de poissons ne formaient qu'une seule entité, avec un unique esprit collectif qui prenait les décisions. En y repensant aujourd'hui, cette expérience m'a vraiment orientée dans ma carrière.
I'm a computer scientist, and the field that I work in is artificial intelligence. And a key theme in AI is being able to understand intelligence by creating our own computational systems that display intelligence the way we see it in nature. Now, most popular views of AI, of course, come from science fiction and the movies, and I'm personally a big Star Wars fan. But that tends to be a very human-centric view of intelligence. When you think of a fish school, or when I think of a flock of starlings, that feels like a really different kind of intelligence. For starters, any one fish is just so tiny compared to the sheer size of the collective, so it seems that any one individual would have a really limited and myopic view of what's going on, and intelligence isn't really about the individual but somehow a property of the group itself.
Je suis informaticienne, et je travaille en intelligence artificielle. L'un des thèmes majeurs de l'IA est d'essayer de comprendre l'intelligence en créant des systèmes computationnels qui reproduisent l'intelligence telle qu'observée dans la nature. L'image que l'on a de l'IA vient souvent de la science-fiction et des films, et je suis moi-même une grande fan de Star Wars. Mais c'est une vision très humaine de l'intelligence. Dans le cas d'un banc de poissons, ou une nuée d'étourneaux, on pense à un type d'intelligence très différent. Tout d'abord, un seul poisson est tellement minuscule comparé à la seule taille du groupe, qu'on dirait qu'un individu à lui seul aurait une perception très limitée de ce qui se passe, et l'intelligence n'est pas liée à un individu mais est plutôt une propriété du groupe lui-même.
Secondly, and the thing that I still find most remarkable, is that we know that there are no leaders supervising this fish school. Instead, this incredible collective mind behavior is emerging purely from the interactions of one fish and another. Somehow, there are these interactions or rules of engagement between neighboring fish that make it all work out.
Ensuite, et c'est ce que je trouve remarquable, nous savons qu'il n'y a pas de meneurs qui supervisent le banc de poissons. Par contre, cet incroyable comportement de l'esprit collectif résulte uniquement des interactions entre chaque poisson. Quelque part, les interactions ou règles d'engagement entre poissons voisins semblent tout faire fonctionner.
So the question for AI then becomes, what are those rules of engagement that lead to this kind of intelligence, and of course, can we create our own?
La question pour l'IA devient donc : quelles sont ces règles d'engagement qui mènent à cette sorte d'intelligence, et évidemment, peut-on la reproduire ?
And that's the primary thing that I work on with my team in my lab. We work on it through theory, looking at abstract rule systems and thinking about the mathematics behind it. We also do it through biology, working closely with experimentalists. But mostly, we do it through robotics, where we try to create our own collective systems that can do the kinds of things that we see in nature, or at least try to.
C'est le principal sujet sur lequel je travaille avec mon équipe. On se base sur la théorie, des systèmes aux règles abstraites et on réfléchit aux mathématiques derrière. On le fait aussi à travers la biologie, en travaillant avec des expérimentateurs. Mais souvent, à l'aide de la robotique. On essaye de créer nos propres systèmes collectifs qui font les mêmes sortes de choses que dans la nature ou au moins on essaye.
One of our first robotic quests along this line was to create our very own colony of a thousand robots. So very simple robots, but they could be programmed to exhibit collective intelligence, and that's what we were able to do. So this is what a single robot looks like. It's quite small, about the size of a quarter, and you can program how it moves, but it can also wirelessly communicate with other robots, and it can measure distances from them. And so now we can start to program exactly an interaction, a rule of engagement between neighbors. And once we have this system, we can start to program many different kinds of rules of engagement that you would see in nature.
Une de nos premières recherches en ce sens a été de créer notre propre colonie d'un millier de robots. Des robots très simples, programmés dans le but de reproduire une intelligence collective, et c'est ce qu'on a pu faire. Voici donc ce à quoi ressemble un robot. C'est assez petit, comme une pièce de monnaie, et on peut programmer ses déplacements, mais il peut aussi communiquer sans fil avec les autres robots, mesurer sa distance par rapport aux autres. On peut donc commencer à programmer une interaction, une règle d'engagement entre voisins. Et une fois ce système créé, on peut commencer à programmer de nombreuses règles d'engagement comme dans la nature.
So for example, spontaneous synchronization, how audiences are clapping and suddenly start all clapping together, the fireflies flashing together. We can program rules for pattern formation, how cells in a tissue determine what role they're going to take on and set the patterns of our bodies. We can program rules for migration, and in this way, we're really learning from nature's rules.
Par exemple, la synchronisation spontanée, comment les applaudissements d'un public se synchronisent soudainement, les lucioles qui clignotent ensemble. On peut programmer des règles de formation de modèles, comment les cellules d'un tissu déterminent leur rôle pour former les parties du corps. On peut programmer des règles de migration. De cette manière, on apprend vraiment des règles de la nature.
But we can also take it a step further. We can actually take these rules that we've learned from nature and combine them and create entirely new collective behaviors of our very own.
On peut aussi aller encore plus loin. On peut en fait utiliser ces règles apprises de la nature et les combiner pour fabriquer de nouveaux comportements collectifs de toutes pièces.
So for example, imagine that you had two different kinds of rules. So your first rule is a motion rule where a moving robot can move around other stationary robots. And your second rule is a pattern rule where a robot takes on a color based on its two nearest neighbors. So if I start with a blob of robots in a little pattern seed, it turns out that these two rules are sufficient for the group to be able to self-assemble a simple line pattern. And if I have more complicated pattern rules, and I design error correction rules, we can actually create really, really complicated self assemblies, and here's what that looks like.
Par exemple, imaginons qu'il existe deux types de règles. La première est une règle de mouvement. Un robot peut se déplacer autour d'autres robots stationnaires. La deuxième est une règle de séquence : un robot prend une couleur en fonction de ses deux voisins. Donc si je prends un groupe de robots avec une séquence de départ, on constate que ces deux règles sont suffisantes pour que le groupe puisse former une ligne selon la séquence de couleur. Et si j'ai des règles de séquence plus compliquées, que je crée des règles de correction d'erreur, on peut créer des auto-assemblages très complexes, et voici de quoi ça a l'air.
So here, you're going to see a thousand robots that are working together to self-assemble the letter K. The K is on its side. And the important thing is that no one is in charge. So any single robot is only talking to a small number of robots nearby it, and it's using its motion rule to move around the half-built structure just looking for a place to fit in based on its pattern rules. And even though no robot is doing anything perfectly, the rules are such that we can get the collective to do its goal robustly together. And the illusion becomes almost so perfect, you know -- you just start to not even notice that they're individual robots at all, and it becomes a single entity, kind of like the school of fish.
Donc vous voyez ici un millier de robots travaillant ensemble pour former la lettre K. Le K nous apparaît de côté. L'important, c'est que personne n'est aux commandes. Chaque robot ne parle qu'à un faible nombre de robots, ses voisins, et utilise sa règle de déplacement pour bouger autour de la structure, en cherchant sa place en fonction de ses règles de séquence. Et même si le résultat n'est pas parfait, les règles établies permettent au groupe d'atteindre son but en collaboration étroite. Et l'illusion commence à apparaître. On ne voit bientôt plus les robots individuellement, mais comme une seule entité, un peu comme le banc de poissons.
So these are robots and rules in two dimensions, but we can also think about robots and rules in three dimensions. So what if we could create robots that could build together? And here, we can take inspiration from social insects. So if you think about mound-building termites or you think about army ants, they create incredible, complex nest structures out of mud and even out of their own bodies. And like the system I showed you before, these insects actually also have pattern rules that help them determine what to build, but the pattern can be made out of other insects, or it could be made out of mud. And we can use that same idea to create rules for robots.
Donc, on a des robots et des règles en deux dimensions, mais on peut imaginer des robots et des règles en trois dimensions. Et si on pouvait créer des robots capables de construire ensemble ? Et là, on peut s’inspirer des insectes sociaux. Si on prend l'exemple des termitières ou celui des fourmis légionnaires, elles construisent des structures incroyablement complexes pour leur nid à partir de boue, et même de leurs corps. Et tout comme le système que je vous ai montré, ces insectes ont aussi des règles de séquence qui leur permettent de savoir quoi construire, que ce soit à partir d'autres insectes, ou bien à partir de boue. On peut alors utiliser cette même idée afin de créer des règles pour les robots.
So here, you're going to see some simulated robots. So the simulated robot has a motion rule, which is how it traverses through the structure, looking for a place to fit in, and it has pattern rules where it looks at groups of blocks to decide whether to place a block. And with the right motion rules and the right pattern rules, we can actually get the robots to build whatever we want. And of course, everybody wants their own tower.
Ce que vous voyez ici , ce sont des robots simulés. Le robot simulé possède une règle de déplacement, qui lui permet de bouger autour de la structure, tout en cherchant sa place. Et il a des règles de séquence, qui lui font chercher des blocs et décider où placer un bloc en particulier. Et avec les bonnes règles de déplacement et de séquence, on arrive à ce que les robots construisent ce que l'on veut. Et on veut tous construire notre propre tour.
(Laughter)
(Rires)
So once we have these rules, we can start to create the robot bodies that go with these rules. So here, you see a robot that can climb over blocks, but it can also lift and move these blocks and it can start to edit the very structure that it's on. But with these rules, this is really only one kind of robot body that you could imagine. You could imagine many different kinds of robot bodies. So if you think about robots that maybe could move sandbags and could help build levees, or we could think of robots that built out of soft materials and worked together to shore up a collapsed building -- so just the same kind of rules in different kinds of bodies. Or if, like my group, you are completely obsessed with army ants, then maybe one day we can make robots that can climb over literally anything including other members of their tribe, and self-assemble things out of their own bodies. Once you understand the rules, just many different kinds of robot visions become possible.
Donc à partir de ces règles, on va alors créer le type de robot qui peut appliquer ces règles. Ici, vous voyez un robot qui peut grimper sur des blocs, mais il peut aussi les soulever et les déplacer, il peut modifier la structure sur laquelle il se trouve. Mais avec ces règles, on ne peut créer qu'un type de robot. On peut imaginer plein de types de robots différents. Par exemple, des robots capables de déplacer des sacs de sable pour aider à construire des digues. ou bien de robots capables de construire à partir de matériaux souples, et de travailler ensemble pour consolider une immeuble écroulé. Il s'agit des mêmes types de règles dans des robots différents. Ou si, comme pour mon équipe, les fourmis sont pour vous une obsession, alors peut-être pourrons-nous créer des robots pouvant escalader n'importe quoi, incluant d'autres robots de leur tribu, d'assembler des choses en utilisant leurs corps. Une fois les règles comprises, toutes les visions de types de robot deviennent possibles.
And coming back to the snorkeling trip, we actually understand a great deal about the rules that fish schools use. So if we can invent the bodies to go with that, then maybe there is a future where I and my group will get to snorkel with a fish school of our own creation.
Pour revenir sur la plongée aux Bahamas, on comprend plein de choses sur les bancs de poissons et leurs règles. Si on invente les robots qui vont avec, alors peut-être qu'un jour, mon équipe et moi plongerons avec un banc de poissons de notre création.
Each of these systems that I showed you brings us closer to having the mathematical and the conceptual tools to create our own versions of collective power, and this can enable many different kinds of future applications, whether you think about robots that build flood barriers or you think about robotic bee colonies that could pollinate crops or underwater schools of robots that monitor coral reefs, or if we reach for the stars and we thinking about programming constellations of satellites. In each of these systems, being able to understand how to design the rules of engagement and being able to create good collective behavior becomes a key to realizing these visions.
Chacun des systèmes que je vous ai montrés nous rapproche des outils mathématiques et conceptuels qui nous permettront de créer notre version d'une puissance collective, ce qui rendrait possible de nombreuses futures applications, comme des robots constructeurs de digues contre les inondations des colonies de robots-abeilles pollinisatrices, des bancs de robots sous-marins surveillant les coraux, ou encore, si on vise encore plus loin, programmer des constellations de satellites. Dans chacun de ces systèmes, la capacité à comprendre comment concevoir les règles d'engagement et à générer de bons comportements collectifs devient la clé pour rendre ces visions possibles.
So, so far I've talked about rules for insects and for fish and for robots, but what about the rules that apply to our own human collective? And the last thought that I'd like to leave you with is that science is of course itself an incredible manifestation of collective intelligence, but unlike the beautiful fish schools that I study, I feel we still have a much longer evolutionary path to walk. So in addition to working on improving the science of robot collectives, I also work on creating robots and thinking about rules that will improve our own scientific collective. There's this saying that I love: who does science determines what science gets done. Imagine a society where we had rules of engagement where every child grew up believing that they could stand here and be a technologist of the future, or where every adult believed that they had the ability not just to understand but to change how science and technology impacts their everyday lives. What would that society look like? I believe that we can do that. I believe that we can choose our rules, and we engineer not just robots but we can engineer our own human collective, and if we do and when we do, it will be beautiful.
Donc, j'ai parlé de règles pour les insectes et les poissons, et pour les robots, mais qu'en est-il des règles qui gouvernent notre collectivité humaine ? Et la dernière pensée avant de vous laisser est que la science en soi-même est une extraordinaire manifestation de l'intelligence collective, mais contrairement aux magnifiques bancs de poissons que j'étudie, je pense qu'il nous reste beaucoup à parcourir sur le chemin de l'évolution. Donc en plus de mon travail sur la science des collectifs de robots, je travaille aussi sur la création de robots et de règles qui amélioreront notre propre collectivité scientifique. Il y a une citation que j'adore : celui qui pratique la science détermine ce que la science réalise. Imaginez une société dans laquelle on aurait des règles d'engagement qui permettraient aux enfants de grandir en sachant qu'ils peuvent devenir les techniciens du futur, et aux adultes de croire qu'ils ont la capacité de non seulement comprendre mais aussi changer la manière dont la science influence leurs vies. À quoi ressemblerait cette société ? Je pense que c'est possible. Je pense que l'on peut choisir nos règles, concevoir non seulement des robots mais aussi notre propre collectivité humaine. Et quand cela sera rendu possible, ce sera merveilleux.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)