Qu’étaient les tortues robots de Grey Walter, et pourquoi sont-elles importantes?

Entre 1948 et 1949, le neurophysiologiste William Grey Walter a construit deux petits robots à piles, Elmer et Elsie, au Burden Neurological Institute de Bristol, en Angleterre. Avec seulement un capteur de lumière, un capteur de contact et deux tubes à vide en guise de « cerveau », ils se promenaient, évitaient les obstacles et retrouvaient le chemin de leur niche de recharge, montrant qu’un câblage très simple peut produire un comportement qui semble vivant.

Qu’étaient les tortues robots de Grey Walter, et pourquoi…

À la fin des années 1940, les visiteurs d’un institut de recherche sur le cerveau, à Bristol, pouvaient regarder deux drôles de petites machines se déplacer sur le plancher. Elles ressemblaient à des tortues sous leur carapace de plastique transparent, elles avançaient lentement et semblaient avoir une volonté propre. Elles se promenaient, fouinaient dans les coins, reculaient devant les obstacles et, quand leurs piles faiblissaient, rentraient chez elles pour se recharger. Leur constructeur, William Grey Walter, les avait baptisées Elmer et Elsie.

Elles comptent parmi les premiers robots autonomes, c’est-à-dire des machines qui perçoivent leur environnement et décident comment se déplacer sans que personne les dirige. Cela seul justifie qu’on s’y intéresse. Mais ce qui les rend importantes, c’est la démonstration que Walter en a tirée : un comportement qui paraît compliqué peut naître d’un nombre remarquablement petit de pièces.

Qui les a construites, et où

Grey Walter était neurophysiologiste, un scientifique qui étudie le fonctionnement du système nerveux. Il était connu pour ses travaux avec l’électroencéphalographe, ou EEG, l’appareil qui enregistre l’activité électrique du cerveau. Il travaillait au Burden Neurological Institute de Bristol, en Angleterre, un centre fondé en 1939 qui combinait la recherche en laboratoire et le traitement de patients.

Selon les archives Grey Walter conservées par l’University of the West of England, il a construit Elmer et Elsie entre Pâques 1948 et Noël 1949. Les deux avaient une électronique semblable, mais des carapaces et des moteurs différents. Il les a présentées en public en 1949 et en 1950, même si elles étaient capricieuses et avaient souvent besoin de réparations.

En 1951, son technicien, W. J. « Bunny » Warren, a construit six tortues plus robustes. Trois d’entre elles ont été présentées au Festival of Britain cette année-là, dans l’exposition scientifique, où le robot était annoncé sous le nom d’espèce en faux latin Machina speculatrix, à peu près « la machine qui explore ».

Comment fonctionnait une tortue

Chaque tortue reposait sur trois roues, comme un tricycle. Des moteurs la faisaient avancer et orientaient sa direction. Ses sens étaient réduits au minimum : une cellule sensible à la lumière qui détectait la luminosité, et un interrupteur de contact qui réagissait quand la carapace heurtait quelque chose. Une pile était placée à l’arrière, et une carapace de plastique recouvrait le tout.

Le « cerveau » était un circuit analogique construit autour de seulement deux tubes à vide, les lampes électroniques en verre utilisées avant les transistors. Analogique veut dire que le circuit travaillait avec des signaux électriques qui variaient de façon continue, plutôt qu’avec les 0 et les 1 d’un ordinateur numérique. De ce circuit naissaient quelques tendances simples :

Situation	Ce que faisait la tortue
Lumière faible ou modérée à proximité	Elle se tournait et se dirigeait vers elle
Lumière très vive	Elle se détournait
La carapace heurte un obstacle	Elle reculait et essayait une autre direction
Pile qui faiblit	Elle se dirigeait peu à peu vers la lampe au-dessus de sa niche et se rechargeait

Aucune de ces règles ne dit « explore la pièce » ou « rentre à la maison quand tu es fatiguée ». Pourtant, quand on regardait le robot, c’est exactement ce qu’il semblait faire. Walter avait construit une petite niche surmontée d’une lampe. Une tortue parcourait la pièce un moment puis, à mesure que sa pile s’affaiblissait, se tournait vers la niche, y entrait pour se recharger et repartait à la recherche de nouvelles lumières.

Il a aussi tenté d’autres expériences. Quand il fixait une petite lampe sur la carapace de chaque tortue et en lâchait deux ensemble, elles tournaient l’une autour de l’autre et s’approchaient d’une manière étrangement sociale, une sorte de danse d’attirance et de recul. Il a aussi construit une version capable d’apprendre une association simple, en reliant le son d’un sifflet à la lumière, un peu comme les chiens de Pavlov reliaient une cloche à la nourriture. Il l’a appelée Machina docilis, la machine « apprivoisable ».

À essayer : écrivez trois règles pour un robot de plancher imaginaire en utilisant uniquement la forme « si je perçois X, je fais Y », où X se limite à la lumière, au toucher et au niveau de la pile. Décrivez ensuite en mots simples ce qu’un observateur croirait que le robot « veut ». Remarquez combien d’intentions les gens prêtent à quelques règles.

Pourquoi les tortues ont compté

Le but de Walter était scientifique. Il était convaincu que même des créatures au système nerveux extrêmement simple pouvaient se comporter de façon complexe et surprenante, et les tortues en étaient la démonstration. Avec l’équivalent de deux « cellules nerveuses », une machine pouvait se comporter d’une manière qui ne se répétait jamais exactement et qui paraissait spontanée et orientée vers un but.

Cela a fait des tortues un jalon de la cybernétique, le domaine qui étudie la commande et la communication chez les animaux et les machines, que Norbert Wiener et Warren McCulloch façonnaient aux États-Unis pendant ces mêmes années. On compte souvent Walter parmi ses fondateurs. Les tortues ont aussi beaucoup attiré l’attention de la presse, et certaines personnes ont même écrit pour demander à adopter Elmer et Elsie comme animaux de compagnie.

Les originales, Elmer et Elsie, n’ont pas survécu; on ne les a plus vues après 1951 et on croit qu’elles ont été mises au rebut. L’une des tortues de 1951 a été redécouverte en 1995 et restaurée, et des répliques ont été construites cette année-là avec des pièces d’origine. Le Science Museum de Londres possède une tortue dans sa collection, et une autre est conservée à la Smithsonian Institution.

Que peut nous apprendre aujourd’hui sur l’IA un robot aussi simple qu’une tortue?

La première leçon, c’est que le comportement n’est pas la même chose que l’intelligence à l’intérieur de la machine. Une tortue n’avait ni carte, ni mémoire de la pièce, ni plan, et pourtant les observateurs la décrivaient comme curieuse, affamée ou timide. Quand un robot conversationnel ou un assistant vocal moderne paraît réfléchi, il vaut la peine de se rappeler avec quelle facilité les gens prêtent un esprit à des mécanismes simples.

La deuxième leçon, c’est qu’un corps dans le monde réel peut faire une partie de la réflexion. Une bonne part du comportement apparemment astucieux de la tortue venait de l’interaction entre ses quelques réflexes et son environnement : les murs, les lampes, les pentes et la niche. Les concepteurs de robots utilisent encore cette idée. Les robots aspirateurs et les véhicules d’exploration planétaire comme Sojourner, de la NASA, comptent beaucoup sur des capteurs et des règles réactives simples plutôt que sur un raisonnement détaillé à chaque mouvement.

La troisième leçon porte sur le point de départ. Walter n’a pas essayé de construire un esprit complet. Il a construit le plus petit système capable de montrer quelque chose d’intéressant, l’a étudié de près, puis a ajouté une capacité à la fois, comme l’apprentissage. Cette habitude de construire d’abord une toute petite version qui fonctionne reste un bon conseil pour quiconque fait des essais avec l’IA en 2019.