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25 juin 2017 7 25 /06 /juin /2017 09:53

Un grand nombre de collège ont vu fleurir des EPI* sur le labyrinthe. 

L'étude proposée ici recouvre le champ des mathématiques et des SVT, puisqu'elle concerne la progression d'un champignon dans un labyrinthe et son aptitude étonnante à en trouver la sortie. 

Y est abordée également la question du "chemin le plus court" (en longueur**)

-------------------------------- extrait de l'article -----------------

Le physarum polycephalum est un champignon gélatineux de nos sous-bois humides. Cet organisme unicellulaire, dont la taille peut atteindre celle de la paume d’une main, étonne de nombreux scientifiques par sa capacité d’apprentissage .

Nous allons voir ici comment son aptitude à trouver son chemin dans un labyrinthe, mise en évidence en biologie, modélisée via la physique et analysée par les mathématiques, ouvre de nouvelles perspectives en informatique.

Si le texte principal de l’article est en piste bleue, les blocs déroulants sont plutôt en piste rouge.

L’expérience

Cette histoire commence par l’expérience d’une équipe nippo-hongroise de biologistes confrontant notre champignon à des labyrinthes 

Il ne s’agit pas de le déposer au milieu d’un labyrinthe et de chronométrer le temps qu’il met à en sortir. L’expérience, plus radicale, consiste à découper le physarum en morceaux (d’environ 1cm x 1cm) et d’en tapisser le sol du labyrinthe. La physiologie du physarum lui permet de « recoller les morceaux » quand ils sont proches, et d’adopter ainsi la forme du labyrinthe. On badigeonne ensuite les murs de vinaigre (qu’il déteste) pour éviter qu’il ne les escalade, puis on présente des flocons d’avoine (dont il raffole) à deux entrées du labyrinthe. Le physarum grandit pour couvrir l’avoine, puis commence à réorganiser le « système de distribution » interne qui irrigue les différentes parties de sa cellule. Après quelques heures, on constate que ce système de distribution se réduit à un simple chemin, sans embranchement, qui relie les deux réserves d’avoine. Plusieurs vidéos permettent de visualiser le déroulement d’une telle expérience (par exemple ici en 20 secondes ou là en 2 minutes).

En répétant cette expérience avec une dizaine de labyrinthes différents, on remarque que le physarum trouve à chaque fois le plus court chemin global joignant les deux entrées du labyrinthe. Ce travail a valu aux professeurs Nakagaki, Yamada et Tóth le prix-Nobel 2008 de sciences cognitives. 

 

Plus courts chemins et graphes

Qu’entend-on par « plus court chemin » ? L’idée sous-jacente est que l’on peut modéliser le labyrinthe par un graphe ayant un sommet à chaque angle ou croisement, et une arête entre chaque paire de sommets voisins dans le labyrinthe.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

...

(Article complet ici : Calculer sans neurone

 

 

* Enseignements Pratiques Interdisciplinaires

Ressources pour des EPI

** On peut aussi considérer d'autre type de "chemin le plus court" par exemple du point de vue de l'information à donner (une ligne droite, même très longue, étant alors plus courte, de ce point de vue) qu'une série de virage (dont la distance totale serait inférieure) parce qu'il faudrait peu de mots pour le communiquer (charge cognitive moins importante).

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