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                 • • •  revue d'art en ligne : arts médiatiques & cyberculture


Fish, installation pour poissons vivants et ordinateurs : l'interaction et l'apprentissage entre le vivant et l'artificiel.

Robin Meier

section cybertheorie

Lors du cycle de conférences, « le vivant et l’artificiel » (2008, MAMAC de Nice, France) consacré aux enjeux de l’art et de l’esthétique dans le contexte du développement des biotechnologies, Robin Meier a présenté au public son installation Fish. Brigitte Mathis, coordinatrice de la programmation a retranscrit son intervention afin de présenter les processus impliqués dans cette création et les enjeux de ce travail artistique.

Les compositions et installations de Robin Meier, sont influencées par son intérêt pour l’intelligence artificielle et l’électro-acoustique. Pour l’artiste, « Fish se réalise dans le vivant, dans le changement comportemental des poissons. Ainsi, il utilise des réseaux de neurones artificiels non pas comme acteur en créant un matériau artistique, mais comme régulateur, ou pont, entre le vivant et l’artificiel. Aux questions que soulève son œuvre, Robin Meier répond : « Entre le souci de l’expliciter dans les sciences et la part inévitablement implicite de la création dans l’art, l’aspect exotique, qui apparaît en croisant les deux, devient moteur. L’étrangeté –, la science qui à première vue, semble si différente et éloignée de l’art – devient un défi, obligeant l’artiste à créer un contexte nouveau et original afin qu’elle puisse faire sens. Ce changement de contexte met en perspective l’objet scientifique étudié et remet en question la discipline artistique. Cette recontextualisation a des conséquences dans les deux domaines concernés : d’une part, l’approche artistique permet un nouveau regard grâce à certaines libertés méthodologiques et certaines contraintes personnelles, émotionnelles et sociales, d’autre part, les sciences créent pour l’art de nouveaux outils, grâce à leurs propres méthodes et avancements. En même temps, la mise en œuvre des objets scientifiques dans un contexte artistique peut changer radicalement notre interaction avec ces objets. La pratique artistique, plus libre et peut-être plus intuitive, nous permet de conduire une expérimentation et vérification ludiques des outils formalisés de la science. »

Une installation cybernétique 

Fish

Fish est une installation cybernétique dédiée à Stafford Beer que j'ai réalisée en juillet 2007 à la Sous Station Lebon, Projet Diligence, Nice, qui essaie d'établir une boucle cognitive entre un ordinateur et trois poissons électriques. Dans sa forme actuelle présentée ici, ce work-in-progress est pour moi la mise en place d'un dispositif ou laboratoire, pour des versions plus élaborées de ce projet.

Dans Fish un ordinateur essaie par adaptation et mimétisme, d'établir une communication avec trois poissons électriques, chacun isolé des autres dans leur aquarium respectif. On utilise ainsi un poisson éléphant qui vient d’Afrique (Gnathonemus petersii), un poisson couteau américain, le black ghost knifefish (Apteronotus albifrons) et un autre poisson couteau, le brown ghost knifefish (Apteronotus leptorhynchus).

poisson éléphant et poisson couteau

Les signaux électriques émis par ces poissons, qui vivent tous dans des rivières à eaux troubles, servent à l'orientation, à la détection ainsi qu'à la communication 1. Il me faut récupérer ces signaux à l'aide de capteurs ou micros. Ces signaux sont alors numérisés et transmis à un ordinateur qui, grâce à un logiciel que j’ai créé, les catégorise et les analyse avec différentes méthodes afin d'être imités par la machine. Ces imitations sont resynthétisées dans l'eau en créant des champs électriques similaires à ceux d'un vrai poisson. Le but est de changer le comportement des poissons, c’est ce qui atteste que la communication est réussie. Grâce à la nature artistique de ce travail, n'importe quel changement comportemental observable, qu’il soit moteur, électrique ou autre, donne à ce dispositif un sens directement percevable et vérifiable par le public de l'exposition.

À quoi cela ressemble-t-il ? 

Aquarium, installation électrique. Photo de l'installation prise par Émilie Pischedda.

La photo ci-contre montre un poisson couteau dans un des aquariums avec des fils électriques dont deux d’entre eux servent à la captation des signaux électriques émis par le poisson, et, les deux autres à la resynthètisation de signaux. Leurs courants sont très faibles – quelques millivolts ou maximum un volt – contrairement à ceux des anguilles électriques qui émettent des courants de centaines de volts pour tuer leur proie 2. Les poissons ne subissent aucun danger puisque les signes émis par le système ont la même puissance que ceux que le poisson émet à l'intention de ses congénères.

L’installation de la Sous Station Lebon. Photo de l'installation prise par Émilie Pischedda.

L'installation Fish, présentée à la Sous Station Lebon, comporte ainsi trois aquariums, un ordinateur et un écran visualisant les signaux et l’activité du programme qui analyse ces mêmes signaux. Ce programme est basé sur des recherches que je mène depuis longtemps sur les réseaux de neurones artificiels 3 qui sont eux-mêmes inspirés de la biologie. En fait on connaît depuis longtemps quelques règles relativement simples d'un réseau de neurones biologique et on sait appliquer et stimuler ces règles sur un ordinateur. Cela nous permet de créer des logiciels, possédant des propriétés intéressantes, qui simulent un même type de comportement que celui des neurones. Ces logiciels sont capables « d'apprendre » et de catégoriser des données par eux-mêmes. Cela ressemble un peu à une black box, c’est-à-dire un logiciel dont le programme se crée, s’adapte et évolue en fonction de stimulations qui sont envoyées sous forme d’images, de sons, ou de données. C’est ce type de logiciels que j'utilise pour analyser les différents signaux émis par les poissons qui sont visualisés sur cet écran de différentes façons. L’installation est composée ainsi de trois aquariums dont chacun contient un seul poisson de manière à récupérer pour chacun un seul signal, autrement il serait difficile de distinguer quel poisson émet quel signal.

Les signaux émis par les poissons 

Différents types de micros. Photo de l'installation prise par Émilie Pischedda.

Différentes façons de mesurer les signaux des poissons ont été expérimentées. Au début du projet je voulais travailler avec les sons acoustiques des poissons. En mai 2006, j'avais assisté par curiosité à une conférence de Roy Patterson 4 à l'École Normale Supérieure à Paris sur le sujet de la communication sonore chez les animaux et j’ai eu l’occasion d’écouter des enregistrements de sons de poisson. Fasciné par le sujet, j’ai cherché à capter les sons émis par des poissons de petite taille. J’ai essayé divers types de microphones allant d'un hydrophone (destiné à enregistrer des baleines et pas suffisamment sensible pour notre expérience) jusqu'à des micros électrostatiques miniatures protégés par un emballage latex de forme allongée . sans succès de captation, car en fait les émissions sonores des poissons sont intermittentes, nocturnes et plutôt durant les périodes d’accouplement.Suite à ces difficultés pratiques le choix de poissons électriques et la captation des signaux électriques qu’ils émettent s’avérait être une meilleure idée. Les dispositifs de captation électrique dans l'eau sont peu coûteux et sont faciles à réaliser. Nous avons dénudé des câbles audio (mono) et utilisé la masse et le signal comme deux électrodes. Ensuite la différence de potentiel mesurée par nos électrodes est amplifiée par les préamplificateurs d'une carte son RME Fireface 400. Afin d'envoyer des stimuli dans les aquariums contenant les poissons, le même genre d'électrodes que celles utilisées pour la captation sont utilisées. L'amplitude des signaux envoyés est réglée à l'oreille, cela se fait en la comparant à celle du champ électrique reçu des poissons, à travers la même électrode réceptrice.

Sur YouTube on peut voir une vidéo qui montre cette installation in situ : on entend un son continu relativement aigu émit par le poisson couteau, et un son de « clic » émit par le poisson éléphant. Les très légères variations de l’intensité des sons sont dues à la stimulation, visualisées sur un sonogramme. Le sonogramme nous donne une représentation des signaux électriques des poissons, captés pendant l'exposition à la Sous Station Lebon. On y observe que les traits verticaux marquent les clics émis par le poisson éléphant et les traits horizontaux marquent le signal continu émis par le poisson couteau.

sonogramme

echoing

Normalement un poisson garde la même fréquence pendant plusieurs jours, si la température de l'eau reste stable. Mais suite à d’une stimulation il va changer de fréquence. Cette découverte a été faîte il y a une vingtaine d'années déjà. C'est ce qu'on appelle un effet JAR (jamming avoidance response) qu’on explique ainsi : s'il y a des fréquences de simulation très proches de la fréquence propre au poisson il va se créer des interférences. Le poisson aura ainsi de la difficulté à faire la différence entre ses propres signaux, dont il se sert pour naviguer, et les signaux étrangers. Il va alors changer sa propre fréquence. C'est ce même mécanisme que j'utilise avec mon système pour faire varier les hauteurs des fréquences des poissons couteaux. Pour le poisson éléphant, celui qui émet des « clics » le procédé est plus difficile à maîtriser. On l'« excite » et cela fait accélérer la fréquence d'émission de « clics ». En 2005, une étude a montré que les poissons éléphants, qui chassent en groupe, utilisent les procédés des « clics » pour communiquer entre eux et reconnaître leurs congénères. Ils élaborent ainsi des « jeux », qu'on appelle echoing. Les sons deviennent synchrones mais seulement décalés d'une demi-phase. Le schéma ci-contre représente des « clics » émit par deux poissons différents. Ils sont symbolisés par deux formes, le carré pour l’un et le rond pour l’autre, alors qu’ils chassent dans une cave obscure. On voit qu’ils émettent des sons selon un pattern où l’un émet un clic qui se place toujours au milieu entre deux clics de son congénère. Cela fonctionne seulement avec des poissons appartenant au même groupe, deux poissons de groupe différent ne seront pas synchrones. Je compte développer, de façon plus approfondie, ce système et amener la machine et le poisson à s’accorder et à trouver un pattern qui les fasse se reconnaître.

Les réseaux de neurones artificiels 

Dans l’œuvre Fish, une communication entre vivant et artificiel est établie par des réseaux de neurones artificiels. La recherche dans le domaine de ces systèmes existe depuis la fin des années 1950. Le type de réseau que j'utilise s’appelle une carte auto organisatrice, c'est-à-dire une architecture qui arrive à créer des catégories à partir de données qu’on lui envoie en « vrac ». Si on lui envoie des images, différentes couleurs, ou d’autres stimulations, ce « réseau neuronal » s'organisera lui-même et trouvera un ordre de classement des informations reçues. Il réalisera ce que l’on appelle un apprentissage non supervisé 5. Ce type de carte classe les données qui se ressemblent les unes à côté des autres et celles qui sont différentes de côtés opposés. Cet algorithme est assez fascinant, car il possède des facultés qu’on attribuerait traditionnellement à l’homme et qui demandent un degré d'intelligence déjà relativement avancé. Ainsi cette machine constituée de métal et de plastique arrive à mettre en œuvre un des processus du vivant.

Mes autres travaux utilisant ce type d’architecture 

La première fois que j'ai utilisé ce genre de système à des fins artistiques, c'était pour une composition électroacoustique intitulée For Alan Turing 6, pièce pour deux pianos virtuels. Chaque piano est joué par un réseau de neurones artificiels. Chaque réseau essaie d'imiter ce que joue l'autre, sauf qu'il y a toujours un petit décalage entre les deux. Cela ressemble à une spirale parce que le tout évolue en fonction de thèmes que j’injecte de temps en temps dans le système pour le pousser dans une certaine direction. Le principe est ainsi basé sur l’imitation, l’organisation et la reproduction des stimuli qu'on lui donne.

En travaillant cette structure avec deux cartes – qui essaient de s'imiter pour permettre de créer un univers musical intéressant –, j’ai mis en œuvre le projet  Caresses de Marquises  qui a été présentée à l’événement Nuit Blanche, à Paris en 2004. C’est une installation-concert pour « neurones artificiels », que j’ai conçue avec Frédéric Voisin et réalisée sur les toits de la gare de l’Est 7.

Ce projet consistait à expérimenter et à présenter au public les propriétés des agents neuromimétiques 8. Pour ce faire nous avons utilisé des haut-parleurs que nous avons disposés sur les marquises de la gare ainsi qu’une vingtaine de projecteurs de lumière que je contrôlais en créant des mouvements, sorte de vagues ou de rythmes pour créer des décalages entre les faisceaux de lumière et les sons. L’objectif était de donner à entendre « l’émergence de formes » parce que l’on appelle « des protolangages artificiels » issus de phénomènes « naturels » et qui sont à l’origine des facultés d’apprentissage, de la mémoire, de l’émergence, donc de la propagation et de l’échange de thèmes dans une « communauté d’agents neuromimétiques ».

Dans ce travail est antérieur à Fish, ainsi que dans un autre projet que je travaille actuellement, ce qui m’intéresse c’est la corrélation entre l’ingénierie robotique et la biologie. En travaillant avec les poissons, je me retrouve à intégrer des êtres vivants dans « la machine », pour en découvrir ce qui dans leur comportement est « mécanique » et automatique. Ainsi comment le vivant peut être transformé par stimulation externe pour communiquer, en fonctionnant en symbiose avec l’artificiel.

Art biotech 

Dans son article « Bio Art - Taxonomy of an Etymological Monster » Jens Hauser donne quatre hypothèses pour une taxonomie de l'art biotech. Hauser compare la situation contemporaine de l'art biotech avec la situation de l'art des nouveaux médias il y a quelques années: « What is it exactly that is essential to and definitive of media art : that it produces art with the help of media, or that artists' encounters with certain subjects are thematicizing and changing the way media are being used? [...] It would be safe to say that nobody today would even think of categorizing Miltos Maneta's conceptual oil paintings depicting joysticks, computer mice and tangled thickets of cables and wires as computer art or media art. [...] Bio-fictional manifestations such as chimerasculptures, DNA-portraits, chromosome-paintings or mutant-depicting digital phototricks are no more examples of Bio Art than Claude Monet's impressionistic paintings could be classified as “Water Lily Art” or “Cathedral Art”. » Ainsi Hauser note comme première hypothèse de taxonomie la rematérialisation des œuvres artistiques et évoque le festival Ars Electronica 1993 « Genetic Art – Artificial Life » 9. D'après Hauser, l'art biotech ne s'inscrit pas dans ce courant qui met en avant une conception de la vie comme code, langage, software immatériel ou système dynamique, mais s'intéresse plutôt au wetwork, à la vie dans sa forme physique et incorporée. En conséquence, Hauser note comme deuxième hypothèse de taxonomie l'abandon des visualisations et simulations, omniprésentes dans les œuvres de vie artificielle, au profit des œuvres artistiques qui sont plus proches des performances et qui s'intéressent à des processus de transformation. Il y a donc à la fois une rematérialisation dans les médias utilisés ainsi qu'une dématérialisation du sujet même lorsque mis en scène pour le public. Troisièmement, l'auteur compare cette situation à la relation dialectique entre la présence réelle et sa représentation métaphorique, tel un acteur de théâtre qui, représentant un rôle toujours métaphorique et, à l'inverse, un artiste de performance qui met en scène son propre corps avec son histoire individuelle. Pour Hauser il existe des relations structurelles entre ce domaine de la performance et l'art biotech. Un artiste emblématique de cette liaison est Stelarc, transformant son corps à l'aide des outils de la biotechnologie afin d'étendre ses limitations physiologiques (je renvoie le lecteur sur le site web de Stelarc. Finalement, Hauser cite la manipulation des mécanismes de la vie comme quatrième hypothèse et permet ainsi un élargissement de la taxonomie de l'art biotech, qui d'après lui, ne se laisse pas réduire à des procédures et des matériaux utilisés. D'un point de vue esthétique, du fait des médias utilisés, Fish diffère de mes autres créations : tandis que mes autres projets étaient tous réalisés au moyen d'artefacts techniques, Fish se réalise dans le vivant, dans le changement comportemental des poissons. Ici, même si physiquement le dispositif physique de cette œuvre s'apparente à une sculpture, celle-ci consiste cependant à montrer – à mettre en œuvre – un processus d'adaptation, d'apprentissage et de manipulation. Ainsi l'œuvre ne se situe pas dans les poissons ou la structure métallique ou leur juxtaposition, mais dans le processus de décodage – dans une dialectique entre une machine et un poisson s'adaptant l'un et l'autre aux changements de leur environnement respectif. Par rapport à la quatrième hypothèse d’Hauser, des mécanismes de la vie sont manipulés non pas directement à un niveau moléculaire ou génétique comme chez Eduardo Kac par exemple, mais à travers le niveau cognitif et éthologique, survenant sur ces premières propriétés. Enfin, Hauser relativise sa taxonomie en citant Joe Davis, artiste pionnier de l'art biotech : « Some day, it will no longer be called Bio Art, but rather simply : art. »

 

NOTE(S)

1 Hopkins et al., 1986; Kramer, 1990; Moller, 1995; Carlson, 2002.

2 Tandis que le poisson éléphant émet des clics à une fréquence d'entre 10Hz et 0.5Hz, les poissons couteau émettent des signaux quasi-sinusoïdaux à 500-1500Hz.

3 Le connexionnisme et plus particulièrement les réseaux de neurones artificiels (RNA) sont issus de nombreux domaines de recherches, eux-mêmes souvent pluridisciplinaires. Notamment la biologie théorique, les sciences cognitives et l'intelligence artificielle ont contribué de manière importante à ce développement qui trouve ses débuts vers la moitié du XXe siècle avec, notamment, Warren McCulloch, Walter Pitts, Donald Hebb, David E. Rumelhart (Rumelhart et McClelland, 1986), Seymour Pappert et Marvin Minsky. Le connexionnisme se fixe pour objet un réseau constitué de neurones formels (nœuds) dont les états évoluent au cours du temps en fonction de leurs entrées. Le fonctionnement individuel des nœuds est assez simple, analogue à un petit relais électrique. Les caractéristiques des nœuds et les valeurs des liaisons entre les nœuds (liens synaptiques) définissent ce réseau de neurones artificiels.

4 Dr Roy Patterson est professeur à l’université de Cambrige, directeur de Centre for the Neural Basis of Hearing, Cambrige Neurosciences. Son laboratoire développe un modèle de calcul du traitement du signal sonore qui transforme l’onde sonore en image auditive et étudie comment la cochlée et des centres de neurones du conduit auditif traitent le discours et la musique dans le but d'intégrer des algorithmes dans les systèmes de reconnaissance de parole et les appareils d’aide auditive.

5 pour en savoir d’avantage : Vincent Lemaire, Cartes auto-organisatrices pour l’analyse de données, Université de Lyon2, France [consulté le 20 juillet 2008] disponible sur : http://eric.univ-lyon2.fr/~rias2006/presentations/VincentLemaire.pdf

6 pour en savoir plus surAlan Turing, un article wikipédia.

7 Installation Caresses de Marquises : Concert de Robin Meier et Frédéric Voisin, Nuit Blanche Octobre 2004, Gare de l’Est, Paris. Direction Artistique : Nicolas Frize. Production : Marie de Paris, SNCF, SACEM, Art Public Contemporain, CIRM.

8 Jean-Paul Baquiast, dans la revue Les automates intelligents, robotique, vie artificielle, réalité virtuelle, 2 novembre 2000, nous donne cette définition des modèles neuromimétiques (Intelligence artificielle connexioniste) : Les système développés dans cette catégorie sont fondés sur un modèle élémentaire du neurone et de ses connexions (via les dendrites), développé électroniquement sous forme d'un automate qui s'inspire du fonctionnement du neurone humain. Cet automate reçoit un certain nombre de stimuli en entrée. Chaque entrée de stimulus a une force, représenté par un poids : le neurone fait la somme de ces stimuli, pondérés par ces forces, et en fonction de cette somme, prendra la décision de "s'exciter" ou non : la décision sera liée à l'état des signaux reçus en entrée. L'intérêt de ce système (réseau neuronal comprenant plusieurs de ces neurones, interconnectés mathématiquement) est qu'il est capable d'apprendre à partir des exemples qui lui sont présentés. Une fois l'apprentissage réalisé, le système a non seulement acquis la capacité de bien se comporter devant les exemples déjà rencontrés, mais aussi de généraliser et d'inventer un comportement devant des exemples qu'il n'a pas encore rencontré. Citons, parmi  les domaines d'applications des réseaux neuronaux,  la reconnaissance de forme, la classification de données, la prédiction, la prévision, l'optimisation, l'approximation (de fonctions), la conduite de procédés industriels. [consulté le 20 juillet 2008] disponible sur http://www.automatesintelligents.com/

9 Hauser, 2005.

 

NOTICE BIOGRAPHIQUE

Robin Meier

Robin Meier né en 1980 en Suisse, vit et travaille en France. Musicien de formation Robin Meier étudie la composition avec Madeleine Ruggli à Zürich et Peter Benary à Lucerne. De 2001 à 2005 il suit le cours de Michel Pascal dans la classe de composition électroacoustique au Conservatoire National de Région de Nice. Depuis Octobre 2004 il étudie la philosophie cognitive à l’École des Hautes Études en Sciences Sociales à Paris où il a rédigé son mémoire sur les modèles de la cognition et leurs expérimentations artistiques. Ses œuvres ont été montrées à Nice, Sophia-Antipolis, Marseille, Aix-en-Provence, Paris, Zurich, Linz, Stuttgart, et Venise.

 

SITE(S) CONNEXE(S)

Le site de Robin Meier [consulté le 20 juillet 2008] adresse électronique http://robin.meier.free.fr/site/

Le site de l’Ecole des hautes Etudes en Sciences Sociales [consulté le 20 juillet 2008] adresse électronique http://www.ehess.fr/fr/

Le site de Centre for the Neural Basis of Hearing, Cambridge [consulté le 20 juillet 2008] adresse électronique http://www.pdn.cam.ac.uk/groups/cnbh/index.html

Sur le site de the Cybernetics Society, une page sur Stafford Beer, [consulté le 20 juillet 2008], adresse électronique http://www.cybsoc.org/contacts/people-Beer.htm

Le site d’Alan Turing (consulté le 20 juillet 2008) adresse électronique http://www.turing.org.uk/turing/

 

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