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Après la réalité virtuelle

Des logiciels plus intelligents

Des machines plus puissantes

Des réseaux plus fiables

Des interfaces transparentes et omniprésentes

Explorer le vivant

Quand info rime avec dico

 

Si votre perception de l’informatique se limite toujours à un processeur, un clavier et une souris, vous auriez peut-être avantage à vous secouer un peu. On pourrait bientôt vous traiter de ringard! Désormais, les ordinateurs sont partout et prennent toutes les formes. Pourtant, ils sont de plus en plus invisibles. Bienvenue dans l’ère de l’informatique diffuse…

Au Québec, le professeur Sylvain Giroux est l’un des précurseurs d’une nouvelle vague technologique. «Les ordinateurs du 21e siècle tiendront davantage compte de l’environnement humain et s’effaceront petit à petit dans le décor, croit-il. Notre équipe de recherche à l’Université de Sherbrooke, le laboratoire DOMUS, travaille précisément dans cette optique.»

Le professeur envisage un jour, pas très lointain, où chacun d’entre nous traînera dans ses poches une puce informatique. En rentrant du boulot, monsieur Tout-le-monde pourra s’adresser à l’équipement électronique le plus proche, son téléviseur par exemple, et demander un litre de lait. Le téléviseur, reconnaissant la commande vocale, communiquera avec le supermarché du coin par Internet et transmettra la commande. Pour l’usager, nul besoin de préciser qu’il préfère la marque Québon, de type écrémé. Ce genre d’information sera déjà enregistré sur la fameuse puce électronique, tout comme son numéro de carte de crédit.

La puce pourrait aussi être utile au boulot. «Un poste de travail pourrait détecter l’arrivée d’un employé et, à l’aide des préférences enregistrées sur la puce, se configurer automatiquement, poursuit M. Giroux. Il pourrait, par exemple, installer les logiciels préférés de l’usager sur l’ordinateur, tamiser la lumière, facturer les appels téléphoniques de l’employé sur le compte approprié, etc. La puce permettrait aussi de savoir exactement où se trouve un collègue dans une tour à bureaux. Pour le rejoindre, on passerait une commande vocale à un ordinateur et le téléphone le plus proche de l’interlocuteur se mettrait à sonner.»

En attendant ce genre d’applications futuristes, le professeur Giroux travaille sur des projets très concrets. Il utilise bel et bien une puce portative conçue pour mémoriser les préférences d’un usager et communiquer avec les appareils électroniques en périphérie. Toutefois, la puce de ce chercheur ne vise pas les travailleurs, mais plutôt les personnes aux prises avec l’Alzheimer ou la schizophrénie.

Plus spécifiquement, le projet du laboratoire DOMUS a pour but d’aider ces patients à vivre le plus longtemps possible dans leur maison,et ce de façon autonome. «Nous équipons les appareils domestiques et les meubles de capteurs de toutes sortes, explique-t-il. En interagissant avec la puce portée par les patients, ces équipements sont en mesure de prendre des décisions intelligentes.»

Un exemple? Une personne atteinte d’Alzheimer porte une puce où il est noté, entre autres, qu’elle cuisine généralement les lundis après-midi et aime préparer le thé tous les jours vers 16 h 00. Des capteurs fixés en périphérie de la cuisinière sont en mesure de suivre ces activités.

«Par exemple, si l’on sonne à la porte un lundi à 16 h 10 et que la personne s’absente de la cuisine pour aller ouvrir, les capteurs le noteront, dit M. Giroux. Puis, si, après avoir discuté avec le visiteur, la personne oublie qu’elle était en train de préparer à manger et décide d’aller faire une sieste, des capteurs de poids installés sous le matelas détecteront qu’elle s’est couchée. Si elle ne retourne pas à la cuisine après un certain temps, le système central décèlera le danger. Il enverra un message approprié à la personne, en faisant sonner le téléphone ou autrement.»

Évidemment, il ne faudrait pas que des alertes soient déclenchées inutilement. Dans le cas de la cuisinière, un système de traitement de l’image pourrait aider à reconnaître ce qui se trouve sur le feu. Un ragoût peut effectivement bouillir beaucoup plus longtemps qu’une simple casserole remplie d’eau…

D’ici quelques mois, l’Université de Sherbrooke aura terminé la construction d’un appartement complètement équipé des technologies du laboratoire DOMUS. «Il s’agira d’un 4 1/2 avec cuisine, salle de bains, salle à manger, chambre à coucher et salon, raconte l’informaticien. Nous inviterons des personnes à venir y habiter quelques jours pour tester ce nouvel environnement. Ce sera l’un des premiers foyers conçus selon les principes de l’informatique diffuse.»

Des logiciels plus intelligents

Pour fonctionner, les systèmes dont parle le professeur Giroux doivent pouvoir compter sur des logiciels performants, notamment au chapitre de la reconnaissance vocale et du traitement d’images. Or, le Québec est choyé sur ce plan. Le Centre de recherche informatique de Montréal (CRIM) est particulièrement réputé dans ces deux champs d’expertise.

«Il existe déjà de très bons systèmes de reconnaissance de la voix, on n’a qu’à penser à tout ce qui existe dans le domaine de la téléphonie, indique Pierre Dumouchel, vice-président Recherche et développement au CRIM et professeur à l’École de technologie supérieure. Malheureusement, ces systèmes fonctionnent uniquement lorsque le nombre de mots à reconnaître est limité et que les conditions sonores sont constantes.»

Ainsi, les systèmes actuels pourraient comprendre une directive simple comme la commande d’un litre de lait par un individu donné. Cependant, ils auraient du mal à reconnaître les instructions de personnes telles que des enfants ou des adultes parlant avec un accent. Les systèmes éprouveront aussi des problèmes si un bruit de fond se fait entendre dans la pièce. Enfin, si quelqu’un utilise l’expression «pinte de lait» plutôt que «litre que lait», les systèmes resteront bredouilles!

Les chercheurs du CRIM travaillent à mettre au point des systèmes de reconnaissance vocale plus performants. Les résultats sont prometteurs. Par exemple, dans le cadre d’un projet réalisé en collaboration avec la firme Ryshco Média, le CRIM a développé des algorithmes qui visent à simplifier le travail de postsynchronisation au cinéma. «Traditionnellement, les acteurs doivent rentrer en studio après le tournage pour ré-enregistrer leur voix, explique M. Dumouchel. À cette fin, tous les dialogues du film doivent être retranscrits à la main en tenant compte des soupirs et des intonations enregistrés lors du tournage.»

Les algorithmes du CRIM permettent de faire ce travail automatiquement, en quelques heures à peine. «Le logiciel arrive à synchroniser le texte parfaitement avec le dialogue tel qu’il a été enregistré lors du tournage, poursuit M. Dumouchel. De la bande sonore, il extrait les voix en filtrant le son ambiant et la musique.»

La reconnaissance des images est l’autre facette importante des nouvelles interfaces humains-machines. Encore une fois, les logiciels actuels ont des lacunes. «Les systèmes de vision artificielle fonctionnent dans des environnements contrôlés, explique Langis Gagnon, chef de l’équipe Vision et imagerie au CRIM. Les systèmes de biométrie qui cherchent à reconnaître une personne par son empreinte digitale ou la forme de son iris fonctionnent uniquement si l’individu se présente devant la machine d’une façon très précise.»

Au CRIM, les chercheurs tentent de concevoir des systèmes plus intelligents qui pourraient reconnaître quelqu’un, peu importe où l’individu se trouve dans une salle. Éventuellement, ils pourraient même reconnaître une personne dans une foule ou repérer un comportement anormal. Si un individu porte quelque chose dans ses mains, la caméra pourrait agrandir cette zone et détecter s’il s’agit d’un simple livre ou d’une arme.

En collaboration avec le laboratoire de vision et systèmes numériques de l’Université Laval, «[…] on travaille aussi sur des systèmes de caméras en réseau, souligne M. Gagnon. Si la personne suspecte se déplace d’une pièce à une autre, la première caméra pourra envoyer un message à la deuxième en lui indiquant de suivre cet individu. Les possibilités sont fabuleuses. La reconnaissance des images est de plus en plus précise et dynamique».

Des machines plus puissantes

L’informatique de demain ne requerra pas que des infrastructures logicielles performantes, mais aussi des infrastructures matérielles. Selon les prédictions, les ordinateurs tels que nous les connaissons aujourd’hui devraient atteindre la limite de leurs capacités d’ici une vingtaine d’années. Pour les chercheurs, il est urgent de trouver une nouvelle technologie, plus puissante. Autrement, les applications dont ils rêvent ne verront jamais le jour.

«Pour accroître la vitesse des transistors et diminuer la quantité d’énergie requise pour leur fonctionnement, on réduit graduellement leur taille, explique Richard Martel, professeur depuis un an au Département de chimie de l’Université de Montréal et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les nanostructures et les interfaces conductrices d’électricité. La miniaturisation permet de placer plus de transistors sur un même microproces- seur. Mais attention: on ne peut pas pousser la miniaturisation indéfiniment.»

En effet, alors qu’il travaillait pour IBM, au prestigieux T.J. Watson Research Center, dans l’État de New York, Richard Martel a démontré qu’en-deça de 10 nanomètres, la performance des transistors de silicium se dégradait. «En bas d’une certaine taille, le matériau qu’on utilise actuellement présente des effets quantiques incompatibles avec les normes de l’informatique classique, dit M. Martel. C’est inquiétant parce qu’on se rapproche très rapidement de cette limite. Les transistors sur le marché actuellement font 90 nanomètres.»

Pour contourner cet obstacle, Richard Martel aimerait remplacer le silicium par d’autres matériaux, en particulier les nanotubes de carbone. «Pour que fonctionne un ordinateur, on doit faire passer un courant électrique à travers les transistors, explique M. Martel. Or, dans un transistor de silicium, les électrons se heurtent constamment à des obstacles — des protons, par exemple —, ce qui ralentit leur voyage.»

Étant donné la forme tubulaire des nanotubes de carbone, ce problème disparaîtrait. En effet, le diamètre interne du tube correspond plus ou moins à celui des électrons. Ces derniers sont ainsi «coincés» dans le tube et ne peuvent qu’avancer ou reculer. Un électron peut parcourir 10 micromètres avant de se heurter à un obstacle. C’est beaucoup plus que dans les transistors classiques, où les électrons sont projetés dans toutes les directions; on mesure alors des parcours balistiques d’à peine 15 nanomètres.

Richard Martel affirme ne pas savoir si les nanotubes de carbone donneront naissance à une technologie valable. «En principe, ils devraient permettrent un passage plus rapide des électrons, mais tout cela reste théorique. Qu’importe! Les transistors tels que nous les connaissons seront bientôt relégués aux oubliettes, toutes les options pour les remplacer valent la peine d’être explorées.»

Au Département d’informatique de l’Université McGill, Claude Crépeau explore justement une autre de ces options: l’informatique quantique. En somme, il s’agit d’apprendre à composer avec les effets quantiques que présente le silicium en-deça de 10 nanomètres. Le défi est complexe.

Rappelons que les transistors qui font rouler nos machines peuvent prendre deux états. Dans le premier, un courant électrique passe à travers le transistor. Dans le second, un canal se ferme, empêchant le courant de passer. On fait généralement correspondre ces états à des 0 ou à des 1. «En informatique quantique, il faut complètement changer notre façon de penser, dit Claude Crépeau. En effet, les transistors, ou les bits, peuvent prendre deux états à la fois. Simultanément, ils peuvent être un 0 et un 1.»

Comme l’explique Alexandre Blais, stagiaire postdoctoral à l’Université de Yale et détenteur d’un doctorat de l’Université de Sherbrooke, cette propriété surprenante offre bien des avantages aux yeux des informaticiens. Entre autres, elle permet de réaliser en parallèle un nombre exponentiel de calculs. «Prenons, par exemple, une série de 7 bits, suggère-t-il. Avec 7 bits, on peut représenter les chiffres de 1 à 128 en mode binaire. En informatique classique, pour faire tous les calculs possibles avec une série de 7 bits, il faudrait donc réaliser 128 essais. Mais en informatique quantique, on n’a besoin que d’un seul essai. Toutes les possibilités sont superposées.»

Il y a cependant un hic, et il est de taille. «Lorsque vient le moment de lire la réponse, toutes les possibilités sont aussi superposées!, souligne M. Crépeau. Il est impossible de déterminer laquelle est la bonne.» Les informaticiens travaillent maintenant sur des algorithmes quantiques qui devraient permettre de «favoriser» la lecture de la bonne réponse parmi la multitude de possibilités. «Grâce à des calculs théoriques, certains chercheurs ont déjà prouvé que c’était envisageable, entre autres pour la factorisation de grands nombres et la recherche dans des banques de données désordonnées. On tente maintenant de développer des algorithmes applicables à la résolution d’autres problèmes mathématiques.»

Des réseaux plus fiables

Mis à part les logiciels qui rendent les machines plus intelligentes et les processeurs qui permettent de miniaturiser ces machines, il y a une troisième composante essentielle au développement de l’informatique: les réseaux. Les machines doivent à tout prix pouvoir communiquer entre elles.

«Auparavant, la plupart des usagers étaient des récepteurs de données, souligne Omar Cherkaoui, fondateur du Laboratoire de recherche de téléinformatique à l’Université du Québec à Montréal. Mais avec les systèmes d’échange personne à personne, Kazaa par exemple, n’importe quel particulier peut devenir un fournisseur. Le réseau a été complètement débalancé. En plus, les usagers ne se limitent plus à échanger du texte. Ils veulent transférer de la voix, de la musique et de la vidéo en temps réel.»

Il n’y a pas si longtemps, les internautes se contentaient de lignes de 64 kilobits. Les fournisseurs de service leur ont donné des lignes de 1 mégabit, mais elles ont vite été consommées. Aujourd’hui, on réclame des lignes de 10 mégabits. La technologie a du mal à suivre.

Remplacer tout le filage existant par de la fibre optique demanderait des investissements monstres que le consommateur n’est pas toujours prêt à payer. Et encore, cette mesure ne suffirait pas. «En plus des bandes passantes, il faut des équipements qui assurent les connexions entre les réseaux. Or, pour que ces équipements fonctionnent sans faire d’erreurs, il faut développer des logiciels très sophistiqués. Chaque machine doit être configurée précisément pour pouvoir interagir avec les autres. C’est souvent là que se trouve le goulot d’étranglement.»

L’équipe du professeur Cherkaoui travaille en collaboration avec des fabricants d’équipements de réseaux comme Cisco, Nortel ou Juniper. Ensemble, ils développent des processus qui devraient automatiser la configuration des équipements. Le but ultime est d’augmenter la capacité des réseaux, mais surtout, d’éviter que ceux-ci ne tombent en panne. «Les ordinateurs sont devenus omniprésents dans nos vies, observe Omar Cherkaoui. C’est un peu comme l’électricité. On constate à quel point on en dépend… le jour où survient une panne.»

Professeur au Département de génie logiciel de l’École de technologie supérieure (ETS), Alain Abran renchérit. «Les gens d’affaires, les hôpitaux, les gouvernements, les compagnies aériennes…, tous dépendent de plus en plus de l’informatique. Ça ne se limite pas aux ordinateurs personnels. Il existe de plus en plus d’équipements électroniques qui communiquent entre eux pour gérer les dossiers de patients, tracer les corridors aériens, etc.»

Cette dépendance rend primordiale la fiabilité des réseaux et des logiciels. «Il n’y a pas encore eu de poursuite judiciaire contre les ingénieurs logiciels, mais je suis persuadé que ça ne va pas tarder», dit-il. Depuis deux ans, l’ETS héberge le secrétariat des normes ISO en génie logiciel. Alain Abran a assumé les fonctions de secrétaire international pendant cette période, puis a laissé son collègue Witold Suryn prendre la relève. Il participe toutefois de très près à ces activités.

«En collaboration avec des collègues de 30 pays, nous sommes en train d’élaborer un corpus de normes auxquelles devront se conformer tous les ingénieurs logiciels travaillant dans des contextes industriels réglementés, explique M. Abran. Au fur et à mesure que les normes sont entérinées, elles deviennent disponibles dans Internet. À l’ETS, l’apprentissage des normes fait maintenant partie de la formation de tous les étudiants. Ils apprennent à construire des logiciels et des réseaux fiables ainsi qu’à éliminer les irritants pour les usagers.»

Des interfaces transparentes et omniprésentes

Selon Sylvain Giroux, le but de toutes ces nouvelles recherches en informatique est de permettre aux usagers de se servir d’un ordinateur sans même y penser. «Les gens se plaignent sans cesse des ordinateurs, dit-il. Ils trouvent les interfaces difficiles à gérer, les systèmes trop lents, les pannes trop fréquentes. Nous voulons éliminer tous ces accrocs. Nous voulons rendre tout le processus transparent et omniprésent.»

Ainsi, l’ordinateur deviendra le prolongement naturel de l’humain. L’usager n’aura plus à apprendre quoi que ce soit ou à se battre avec la technologie. On annonce, en quelque sorte, la fin de la réalité virtuelle. «Jusqu’à aujourd’hui, l’informatique a souvent tenté de recréer un environnement artificiel, indique M. Giroux. L’individu devait y pénétrer et s’y retrouver. Ce sera bientôt l’inverse. Les systèmes de demain épouseront l’environnement de l’usager.» ¯

Explorer le vivant

La puissance des outils informatiques n’a peut-être jamais été démontrée de façon aussi éloquente que dans sa contribution à l’essor de la génomique. C’est, en effet, grâce aux algorithmes développés par les bio-informaticiens que le séquençage du génome humain a été réalisé si rapidement. Et aujourd’hui, c’est encore grâce à leurs algorithmes qu’on arrive à analyser les milliards de données recueillies au cours de ce séquençage.

«Sans l’informatique, ce code ne serait encore qu’un immense charabia, souligne Nadia El-Mabrouk, chercheuse au Laboratoire de biologie informatique et théorique de l’Université de Montréal. L’informatique ne permet pas seulement de déchiffrer où sont les gènes sur la séquence et à quoi ils servent. Elle permet aussi de trouver ce qui ne sert à rien! On sait que moins que 2 p. 100 du génome humain est codant. Le reste, c’est en grande partie du bruit de fond, mais aussi des régions fonctionnelles encore très mal connues.»

Avec le temps, l’informatique pourrait très bien arriver à faire la lumière sur la fonction de l’ensemble des gènes. Elle pourrait aussi lever le voile sur quelques secrets liés à l’évolution. «Il se fait de plus en plus de travail du côté de la génomique comparative, poursuit Mme El-Mabrouk. Le fait de comparer les génomes entiers de plusieurs espèces permet de mieux comprendre les mécanismes d’évolution qui ont donné lieu à la biodiversité.»

Autre application possible de l’informatique en biologie: la détection d’agents pathogènes. À l’Institut de recherche en biotechnologique du Conseil national de recherches du Canada, Roland Brousseau fabrique des biopuces. «Sur une petite lamelle de microscope, on arrive à mettre une centaine de brins d’ADN, extraits d’autant de bactéries, explique le chercheur. Si l’on soupçonne qu’un pathogène se trouve dans l’eau d’un lac, on prend un échantillon de 100 ml, on procède à une étape de filtration qui permet de ne retenir que les bactéries. On extrait ensuite les brins d’ADN et enfin, on dissocie ces brins grâce à un procédé de chauffage.»

Une fois sur la lamelle, les brins dissociés tenteront de se former une double hélice avec les morceaux d’ADN déjà sur la plaque. Ils n’y arriveront que s’ils trouvent un brin complémentaire. «Si une association se forme, il se crée un point fluorescent qu’on peut détecter grâce à un fluorimètre», résume M. Brousseau. Des systèmes de traitement de l’image analysent alors le degré de fluorescence pour déterminer s’il s’agit effectivement d’une identification positive.

Ces biopuces pourront servir autant dans le secteur de l’environnement que dans les hôpitaux, en agriculture ou pour le contrôle des aliments. «En recherchant des centaines de pathogènes à la fois dans un seul échantillon, on pourra bientôt réaliser des économies considérables», espère M. Rousseau.

Quand info rime avec dico

Les dictionnaires québécois actuellement sur le marché font frémir bien des amoureux de la langue française. Les québécismes répertoriés choquent à tel point que plusieurs parents s’opposent à ce que ces ouvrages soient utilisés à l’école de leurs enfants. Une équipe de linguistes basée à l’Université de Sherbrooke a décidé de prendre les choses en main. D’ici l’été 2006, elle compte mettre sur le marché un dictionnaire propre au parler québécois, mais respectant les plus hauts standards de la langue française. Des auteurs québécois de renom seront cités et certains régionalismes, acceptés par l’Office québécois de la langue française, seront recensés.

Ce ne sera pas l’unique particularité de ce nouveau dictionnaire. En effet, les spécialistes de la langue ne sont pas les seuls à mettre la main à la pâte. Les informaticiens occupent aussi un rôle central dans la préparation de l’ouvrage. «Nous avons bâti un corpus de 15 000 textes québécois, regroupant 55 millions d’occurrences, explique Chantal-Édith Masson, professeure au Département de linguistique de l’Université de Sherbrooke et directrice informatique du projet. Pour extraire les vocables neutres de ces textes, nous avons développé des logiciels spécialisés.»

Il ne suffit pas pour un tel logiciel de distinguer des mots comme «table» et «chaise» pour les répertorier séparément. Il doit aussi déduire que «manges», «mangez» ou «mangeais» sont tous dérivés du même vocable, le verbe «manger». «Évidemment, il faut qu’un linguiste repasse pour faire une vérification. Le logiciel ne peut pas, s’il trouve le mot “savons” par exemple, déterminer s’il s’agit de savonnettes ou d’un dérivé du verbe “savoir”. Mais le travail est fait à 90 p. 100 par l’ordinateur.»

La plate-forme informatique développée par l’équipe de Mme Masson offre d’autres avantages. Par exemple, lorsqu’un linguiste travaille sur la définition d’un mot, il peut automatiquement aller voir dans la banque de données les textes qui comportent ce mot, comprendre le contexte et choisir une citation qu’il peut employer comme exemple. Le logiciel permet aussi de vérifier si tous les mots utilisés dans les définitions sont référencés dans le dictionnaire. En effet, quoi de plus frustrant que de lire une définition et de tomber sur un mot dont on n’arrive pas à saisir le sens, seulement pour se rendre compte qu’il n’est pas lui-même dans le dictionnaire!

«Nous avons automatisé le processus lexicographique le plus possible, dit Mme Masson. En linguistique, la machine ne peut pas totalement remplacer l’être humain. Mais elle peut lui donner un très grand coup de main.»

Dominique Forget

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