La modélisation à base d’agents aide à étudier les phénomènes émergents

Uri Wilensky du Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling Department de la Northwestern University a observé que le monde présente une variété de phénomènes naturels ou émergents constitués de modèles, d’ordres et de séquences. Avec de tels phénomènes émergents, des modèles, des tendances et des comportements peuvent être observés et modélisés pour des prévisions et des analyses futures. Une approche créée par Wilensky pour observer les phénomènes naturels est la modélisation à base d’agents. Une telle méthode de modélisation peut aider au développement et à l’analyse de systèmes dynamiques complexes tels que le mouvement de charge positive des atomes à travers un circuit électrique ou un écoulement de fluide dans un tuyau. Ces systèmes dynamiques complexes peuvent être simulés et observés à l’aide d’un progiciel standard.

Phénomènes émergents

Les phénomènes émergents sont un aspect clé de l’ABM. Wilensky a expliqué les phénomènes émergents comme l’étude de modèles (macro) à grande échelle qui ont évolué à partir des interactions de nombreux micro-agents en interaction. Les agents tels que définis par Wilensky, sont des êtres ou des entités qui peuvent suivre des instructions. Pour demander à ces agents de créer des modèles émergents ou des comportements de système dynamiques complexes, un langage de programmation appelé NetLogo a été créé par Wilensky. NetLogo est un langage de modélisation multi-agent dérivé de Logo. Logo a été créé par le regretté Seymour Papert du MIT Media Lab pour explorer l’apprentissage des enfants à travers sa théorie du constructionnisme. Avec NetLogo, les scientifiques et les ingénieurs peuvent en apprendre davantage sur les comportements du système du monde naturel et physique grâce à des modèles de phénomènes émergents simulés.

Un modèle basé sur les agents

Un modèle basé sur les agents (ABM) est une catégorie de modèle informatique permettant d’étudier les actions et les interactions d’agents autonomes. Le concept derrière un ABM est l’observation d’interactions simultanées et multiples d’agents ou d’entités instruites programmées à travers des environnements simulés. En développant ces environnements simulés, les prédictions de phénomènes émergents peuvent être évaluées. Avec un ABM, des propriétés de macro ou de système de haut niveau peuvent émerger d’interactions système de niveau inférieur. De plus, des changements d’état à grande échelle émergeront des comportements d’agents à micro-échelle générés par les interactions au niveau du système. Ces techniques de modélisation peuvent être utilisées pour observer et évaluer de nouveaux systèmes en réseau Machine-to-Machine (M2M) en usine utilisant les protocoles de communication Profibus ou Modbus. En outre, les propriétés thermodynamiques des matériaux des métaux et des plastiques peuvent être étudiées à l’aide d’un ABM. De plus, la vaste bibliothèque de simulation de NetLogo possède un ABM d’un réseau neuronal artificiel multicouche ou Perceptron qui peut être étudié à l’aide de ce logiciel de phénomène émergent.

Interaction ABM avec l’informatique physique

Pour interagir avec les modèles NetLogo, des commandes d’interface utilisateur (UI) telles que des curseurs et des boutons sont disponibles avec le progiciel. Bien que ces commandes d’interface utilisateur permettent une approche manuelle de l’interaction ABM, une méthode automatisée peut être réalisée à l’aide de capteurs analogiques ou numériques et d’un microcontrôleur. NetLogo a fourni une extension Arduino qui permet une approche automatisée de l’interaction avec les modèles ABM créés par la bibliothèque. Le logiciel d’extension établit un protocole de communication série pour transmettre les valeurs de code d’octet de l’Arduino à lire et à répondre par l’ABM de NetLogo. L’extension Arduino communique avec un modèle comportemental intégré à l’ABM interactif. Avec un tel schéma de communication interne, les techniques d’informatique physique (PC) permettront aux capteurs électroniques ambiants d’interagir de manière transparente avec l’environnement NetLogo simulé de phénomènes émergents.

Un capteur PC de base tel qu’un potentiomètre peut être câblé à un Arduino Uno à l’aide d’une platine d’expérimentation sans soudure. Les broches extérieures du potentiomètre sont câblées à +5V et GND broches de l’Arduino Uno. La broche centrale ou l’essuie-glace est câblée à la broche A0 de l’Arduino Uno. Le schéma de câblage du potentiomètre émulera un capteur analogique. Ce capteur analogique émulé fournira des niveaux de tension variables de 0V à 5V dans l’analogique A0 broche de l’Arduino Uno. Ce signal analogique variable est obtenu en ajustant l’axe du potentiomètre.

Le code NetLogo est créé pour permettre la lecture des niveaux de tension ajustés du potentiomètre. Une interface utilisateur a été développée à l’aide de boutons et d’un moniteur. Le réglage du potentiomètre fournira le nombre d’agents (poissons) à placer sur l’écran de l’interface utilisateur. En outre, le code lit les valeurs analogiques du potentiomètre ajusté pour créer un mouvement aléatoire des agents sur l’écran de l’interface utilisateur. Le moniteur A0 de l’interface utilisateur affiche les valeurs analogiques ajustées du potentiomètre. En outre, le logiciel d’extension communique les valeurs de code d’octet obtenues à partir du potentiomètre ainsi que l’ouverture du port COM approprié auquel l’Arduino Uno est connecté.