Eco-informatique : Démontrer la puissance de calcul des écosystèmes

19 avril 2023

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par l'Université de Kyoto

Le développement de réseaux neuronaux ou d'outils d'IA pour l'analyse de données augmente de manière exponentielle. Cependant, les réseaux existants dans les écosystèmes naturels, tels que les réseaux de relations interspécifiques, ont un potentiel de traitement de l'information qui est largement resté inexploité.

Maintenant, une étude menée à l'Université de Kyoto a démontré la puissance de calcul des écosystèmes, offrant une nouvelle direction pour le développement rapide des technologies d'IA. Les simulations ont confirmé que les réseaux écologiques, tels que les interactions proie-prédateur, peuvent traiter l'information efficacement et être utilisés comme ressource de calcul.

"Nous avons nommé cette approche computation de réservoir écologique", explique l'auteur principal de l'Université de Kyoto, Masayuki Ushio.

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

Le premier type est une approche informatique appelée computation de réservoir écologique in silico, qui modélise la dynamique hypothétique de l'écosystème et simule la réponse du système. Le deuxième est un système empirique appelé computation de réservoir écologique en temps réel, qui 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 une conception expérimentale en utilisant Tetrahymena thermophila. Après avoir entré des valeurs telles que la température du milieu de culture - ou les données d'entrée - l'équipe a obtenu des nombres de cellules en tant que sortie de système. L'étude a confirmé la possibilité que la population de Tetrahymena puisse faire des prédictions à court terme de séries temporelles écologiques.

"Nos résultats suggèrent également qu'il peut y avoir un lien entre une biodiversité élevée et une puissance de calcul élevée, mettant en lumière de nouvelles valeurs d'une biodiversité jusqu'alors inconnue", ajoute Ushio, actuellement chercheur principal à l'Université des sciences et de la technologie 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 significativement élevé.

"Notre nouvelle méthode de calcul pourrait conduire à l'invention de nouveaux types d'ordinateurs. En outre, en développant une façon de mesurer la capacité de traitement de l'information d'un écosystème naturel, nous pourrions trouver des indices sur la façon dont la dynamique de l'écosystème est maintenue", conclut Ushio.

L'article "Computational capability of ecological dynamics" est publié dans Royal Society Open Science.

Informations sur le journal : Royal Society Open Science

Fourni par l'Université de Kyoto