Dynamique vitale

Éléments de dynamique dans les processus essentiels du vivant

Contenu:

Introduction
La « cyber-boucle » clé de la vie
Temps et commande
– L’évidence du temps
– L’art de la commande
Échange local d’énergie contre entropie – Dynamique
Référence particulière


Introduction

La vie est un processus qui transcende le réel.

Elle le fait de trois manières principales :

  • En pratique, la vie viole la loi physique de l’entropie.
  • La vie soutient l’imaginaire.
  • Ainsi, la vie permet des changements axés sur les valeurs, par des moyens individuels et collectifs.

La page aborde ces moyens dans un ordre différent, en commençant par le point le plus important, puis en commentant des aspects plus élémentaires:

  • Vue générale de la « cyber-boucle » clé de la vie, le processus cognitif qui maintient les agents cognitifs en vie.
  • Temps et commande.
  • Échange local d’énergie contre entropie.


La « cyber-boucle » clé de la vie

La « cyber-boucle » de la vie désigne ici le processus cognitif clé des agents, naturels ou basés sur des machines, qui les maintient en vie. Cette boucle de commande globale, qui surveille le réel, estime les valeurs et, en conséquence des menaces et opportunités instantanées éventuellement détectées, adapte les objectifs prioritaires (valeurs stratégiques) et les modèles et processus cognitifs associés. Voici une vue générale de cette cyber-boucle.

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Temps et commande

La commande peut être mieux comprise et mise en œuvre avec succès dans le réel, si les aspects imaginaires et multiples du temps sont bien considérés, et pris en compte de manière quantitative.

Dans le réel, les propriétés duales de permanence et de changement sont évidentes, et c’est là la dimension la plus fondamentale du temps.

L’imaginaire permet d’extrapoler librement des changements, de voyager dans le futur et d’esquisser des objectifs provisoires. Cela peut correspondre à un nombre pratiquement infini de valeurs potentiellement attractives, y compris des valeurs établies de longue date, classiques ou d’autres totalement nouvelles.


L’évidence du temps

« Beaucoup d’eau a coulé sous un pont » : voici un excellent cas pour définir intuitivement (et de façon axiomatique) le temps. C’est un exemple courant, dans le réel, où la notion de temps dénote spécifiquement la dualité de la permanence et du changement ; une quantité de permanence (par exemple l’âge du pont) peut être décrite par une quantité de changement (par exemple la quantité d’eau écoulée).

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L’art de la commande

La commande est un processus dynamique qui tente de piloter les changements vers des objectifs spécifiques. Dans cette optique, deux catégories de stratégies cognitives peuvent être définies. Dans le réel, les êtres vivants ainsi que les machines sophistiquées font typiquement usage d’un cocktail de ces deux stratégies.

La première catégorie de stratégies de commande concerne les cas où les actions sont « à sens unique », où les objectifs peuvent être atteints avec succès sans tenir compte des effets réels, intermédiaires et instantanés de ces stratégies. Lorsque cela est possible en pratique, cette approche est privilégiée..

La deuxième classe de stratégies de commande correspond à des cas plus difficiles, lorsque les actions appropriées sont difficiles à prévoir, c’est-à-dire lorsque des erreurs et des perturbations imprévues peuvent survenir, nécessitant des actions de commande adaptatives (au sens large). Ici, ce sont les considérations dynamiques qui dictent la sélection d’une sous-classe appropriée de stratégies, parmi trois choix possibles:

  • Pleine puissance ; commande « tout ou rien », ou « bang-bang ». Ici, la perception de toute déviation, aussi minime soit-elle, du plan, de la trajectoire vers l’objectif, entraîne une action corrective complète.
  • Commande adaptative ; « à rétroaction ». Dans ce cas, l’état instantané du système est surveillé en permanence, y compris l’effet des actions correctives précédentes, et cela affecte l’élaboration d’actions correctives actualisées, modulées de manière appropriée. C’est le cœur des théories de commande classiques et cela étend quelque peu les capacités pour une commande unique (ou un seul agent) lorsque la sous-classe précédente échoue.
  • Commande hiérarchisée ; « en cascade ». Malheureusement, il arrive souvent que l’agent ne puisse assurer seul une commande satisfaisante, même avec les stratégies adaptatives les plus sophistiquées. Une approche collective doit alors être envisagée. Ici, une certaine autonomie peut être accordée à un système auxiliaire, plus spécialisé, pour gérer une partie de la tâche ; ou réciproquement, en accord avec un système auxiliaire, plus général, pour appréhender le contexte et les circonstances de la tâche, une certaine coordination peut être assurée.

Dans tous les cas, la commande implique la cognition, et un certain tropisme vers un but futur, c’est-à-dire plus ou moins implicitement le temps, et l’imaginaire.

L’imaginaire n’a pas de limite, mais il est important de savoir que pour commander, pour modifier le réel, on ne peut échapper aux lois de la physique.

Ainsi, pour un cas concret, ce n’est pas une décision arbitraire (par exemple de nature purement politique, morale ou relevant d’un vœu pieux) mais les lois du réel qui dictent quelles sous-classes sont applicables en pratique, et lesquelles ne le sont pas. Et heureusement, l’expérience et les preuves scientifiques fournissent un critère simple, lié au temps, pour guider la sélection de ces précieuses stratégies de commande.

Exemple de système de commande, éventuellement hiérarchisé, comprenant alors un sous-système auxiliaire, partiellement autonome.

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Le critère clé, c’est l’agilité relative, le ratio Ar, l’agilité de la commande (de l’agent en charge de la commande) par rapport à celle du système cible à commander. L’agilité est ici la vitesse de réaction, l’inverse du temps de réaction (T, tau).

Pour qu’une approche simple, à pleine puissance, ait une chance de réussir, une agilité rapide est nécessaire du côté de la commande (agilité relative supérieure à vingt).

Dans le cas opposé, pour un système de commande relativement lent (agilité relative inférieure à deux), une approche hiérarchisée est nécessaire, impliquant notamment une certaine autonomie des sous-systèmes, leur permettant de gérer par eux-mêmes leurs actions nécessaires et rapides.

Pour la gamme relativement petite des cas intermédiaires (Ar entre 2 et 20), il faut si possible changer la structure du système, accélérer la commande ou ralentir le système cible; ou alors recourir à l’une ou l’autre les diverses techniques classiques en commande automatique, à commencer par une action de correction prudente et proportionnée à l’intensité des déviations perçues.


Échange local d’énergie contre entropie – Dynamique

Selon les lois classiques de la physique, l’entropie ne peut qu’augmenter. Intuitivement, cela signifie que le désordre ne cesse de croître. C’est globalement vrai.

Néanmoins, la science et l’expérience indiquent également qu’au prix d’une certaine quantité d’énergie, localement, c’est-à-dire dans un domaine restreint, un certain ordre et une certaine structure peuvent être établis, l’entropie peut être réduite.

C’est précisément ce que la vie et les systèmes automatiques de commande, notamment, peuvent réaliser.

La vie et les systèmes de commande basés sur machines ont une capacité dynamique qui peut librement réduire l’entropie dans les domaines ciblés, lorsqu’ils disposent de l’énergie nécessaire.

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Dynamique est ici le mot approprié, car il relie principalement les concepts d’énergie et de changement au fil du temps. De nombreuses notions intéressantes apparaissent dans ce contexte, notamment travail, force, mouvement, déplacement, puissance, changement, vitesse, commande et entropie.

L’étymologie montre que le mot « dynamique » vient du grec ancien « dúnamis », généralement traduit par « puissance ». La physique définit la puissance comme le changement d’énergie qui peut être effectué en une unité de temps, c’est-à-dire en une seconde. En thermodynamique, le travail est de l’énergie, et la vitesse à laquelle le travail est effectué, c’est la puissance.

Les mouvements fournissent une manière intuitive de décrire l’énergie (c’est-à-dire aussi le travail) ; ainsi, l’énergie est le produit d’une force par un déplacement.

De manière plus abstraite et générale, l’énergie (c’est-à-dire aussi le travail) peut être définie de manière équivalente comme le produit d’une cause par son effet.

Pour revenir à la notion de puissance, on remarque que l’énergie est aussi le produit d’une puissance par le temps, c’est-à-dire implicitement que la puissance est la cause d’un changement, et le temps, la durée de ce travail.

Ainsi, la commande, et plus généralement la vie, utilisent de l’énergie pour orienter les changements vers un but arbitraire, réduisant ainsi l’entropie dans un certain domaine.


Référence particulière:

Jean-Daniel Dessimoz, « Cognition et Cognitique – Définitions et métrique pour les sciences cognitives, chez l’humain et pour les machines pensantes, 2ième édition de La Cognitique, augmentée, avec considérations sur la vie, à travers le prisme réel – imaginaire – valeurs – collectif, et quelques bulles de sagesse pour notre temps », Roboptics Editions Sàrl, Cheseaux-Noréaz, Suisse, 373 pp, Mars 2020.

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