Créatures Artificielles : Développement d'Organismes à partir d'une Cellule Unique

Artificial creature development is a growing research field. Since the past twenty years, many techniques appear to simulate artificial creature with different scales: starting with the simulation of their behaviour at the beginning of the 90s, we then have continue by modifying their morphology to be adapted to their environment. More recently, artificial embryogenesis take a leaf out of living developmental mechanisms to generate smaller creatures composes of around ten to thousands cells. The aim of their systems is, on the first hand, to better understand living system and, on the other hand, to produce behavioural models for the future modular robots. After having studied these different simulation scales, we observe that no traversal model that allows a multi-scale simulation of creatures exists. The goal of this work is to develop a complete creature starting from a unique cell, which contains different organs and high-level functionalities. The aim of this PhD thesis is to build the chemical model of this simulator set. With this intention, we propose a new model based on a strong simplification of the developmental model. Moreover, the creature will have to integrate a metabolism to be able to extract the energy of the different environment components. This metabolism is too much forgotten on existing development models even if it is the base of the living organisms. Across various experiments we did, we proved that our model is able to produce different organs and to assemble them to produce a more complex organism. We also present the possibility to produce a particular shape for an organism. Finally, we have observed that important capacities of self-reparation are inherent to the model. This developmental model is the first simulator that will be included in a simulator set working in different scales of the creature. We start to imagine a physical and a hydrodynamical simulator that will allow us to put our creature in a physical world with Newtonian laws and a hydrodynamical world that responds to Navier and Stokes equations.Le développement de créatures artificielles est un domaine de recherche en plein essor. Depuis plus de vingt ans maintenant, de nombreuses techniques sont apparues afin de simuler à plusieurs niveaux des êtres artificiels : en commençant par la simulation de leur comportement au début des années 90, on a ensuite continué en modifiant leur morphologie pour qu'elle soit adaptée à leur environnement. Plus récemment, l'embryogenèse artificielle s'inspire des mécanismes de développement du vivant afin de générer de petites créatures de quelques dizaines à plusieurs centaines de cellules. Le but de ces systèmes est d'une part de mieux comprendre le vivant mais aussi de produire des modèles comportementaux pour les futurs robots modulaires. Après avoir étudié ces différents niveaux de simulation, nous nous sommes aperçus qu'il n'existait pas de modèle transversal permettant une simulation à plusieurs échelles des créatures. Le but de ces travaux est de développer une créature complète en partant d'une cellule unique, possédant différents organes et des fonctionnalités haut niveau. Le but de cette thèse est de construire le modèle chimique de cet ensemble de simulateurs. Nous avons ainsi proposé un modèle basé sur une forte simplification du modèle de développement naturel. Les créatures devront de plus intégrer un métabolisme afin de pouvoir extraire de l'énergie des différents constituants de son environnement. Ce métabolisme est trop souvent oublié dans les modèles de développement de la littérature bien qu'il soit à la base de la vie de tous les êtres vivants. A travers différentes expérimentations que nous avons effectuées, nous avons prouvé que ce modèle est capable de produire différents organes et de les assembler afin de créer un organisme plus complexe. Nous avons aussi montré la possibilité à produire une forme particulière. Enfin, nous avons observé d'importantes capacités d'auto-réparation inhérentes au modèle. Ce modèle de développement est un premier simulateur qui sera inclu dans un ensemble de simulateurs agissants à différentes échelles de la créature. Comme nous le verrons dans les perspectives de ces travaux, nous avons commencé à imaginer un simulateur physique et un simulateur hydrodynamique permettant de plonger une créature en train de se développer dans un monde physique aux lois newtoniennes et un monde hydrodynamique répondant aux équations de Navier et Stokes