¿Alguna vez se ha dado cuenta de cómo las colonias de hormigas exploran y explotan con tanto éxito los recursos del mundo to para encontrar comida en los picnics del 4 de julio, por ejemplo? Puede que te moleste. Pero como ecologista que estudia las hormigas y el comportamiento colectivo, creo que es intrigante, especialmente el hecho de que todo se hace sin ningún control central.
Lo que es especialmente notable: los estrechos paralelos entre las redes de colonias de hormigas y las creadas por ingeniería humana. Un ejemplo es «Anternet», donde nosotros, un grupo de investigadores de Stanford, descubrimos que el algoritmo que usan las hormigas del desierto para regular el forrajeo es como el Protocolo de Control de Tráfico (TCP) utilizado para regular el tráfico de datos en Internet. Tanto las redes de hormigas como las humanas utilizan retroalimentación positiva: ya sea de los reconocimientos que activan la transmisión del siguiente paquete de datos, o de los forrajeros que regresan cargados de alimentos que activan la salida de otro forrajero saliente.
Esta investigación llevó a algunos a maravillarse con el ingenio de las hormigas, capaces de inventar sistemas familiares para nosotros: ¡guau, las hormigas han estado usando algoritmos de Internet durante millones de años! (Wired, también, coqueteó con el concepto de «anternet» en su columna de Relojes de jerga el año pasado.)
Pero el comportamiento de los insectos que imita las redes humanas, otro ejemplo son las soluciones similares a las hormigas para el problema de los vendedores ambulantes proporcionadas por el algoritmo de optimización de colonias de hormigas, en realidad no es lo más interesante de las redes de hormigas. Lo que es mucho más interesante son los paralelos en la otra dirección: ¿Qué han hecho las hormigas que los humanos no hemos pensado todavía?
Lo Que las Redes de Colonias de Hormigas Pueden Decirnos Sobre Lo Que Sigue para Las Creadas por Ingeniería Humana
#### Deborah Gordon
##### Acerca de
Deborah M. Gordon es profesora en el Departamento de Biología de Stanford. Estudia la evolución de la organización colectiva investigando la ecología y el comportamiento de las colonias de hormigas, y ha recibido becas de Guggenheim y el Centro de Estudios Avanzados en Ciencias del Comportamiento. Gordon es autor de dos libros, * Ants at Work * y * (http://www.amazon.com/Ant-Encounters-Interaction-Networks-Behavior/dp/0691138796): Interaction Networks and Colony Behavior*.
Durante los aproximadamente 130 millones de años que han existido las hormigas, la evolución ha ajustado los algoritmos de colonias de hormigas para lidiar con la variabilidad y las restricciones establecidas por entornos específicos.
Las colonias de hormigas utilizan redes dinámicas de interacciones breves para adaptarse a condiciones cambiantes. Ninguna hormiga individual sabe lo que está pasando. Cada hormiga simplemente hace un seguimiento de su experiencia reciente en el encuentro con otras hormigas, ya sea en encuentros personales cuando las hormigas tocan antenas, o cuando una hormiga se encuentra con un producto químico depositado por otra.
Estas redes han hecho posible la fenomenal diversidad y abundancia de más de 11.000 especies de hormigas en todos los hábitats imaginables de la Tierra. Así que Anternet, y otras redes de hormigas, tienen mucho que enseñarnos. Los protocolos Ant pueden sugerir formas de construir nuestras propias redes de información…
Lidiar con altos costos de operación
Las colonias de hormigas cosechadoras en el desierto deben gastar agua para obtener agua. Las hormigas pierden agua cuando se alimentan bajo el sol caliente, y obtienen su agua metabolizándola de las semillas que recolectan. Dado que las colonias almacenan semillas, su sistema de retroalimentación positiva no desperdicia el esfuerzo de forrajeo cuando el costo del agua es alto, incluso si significa que dejan algunas semillas «sobre la mesa» (o más bien, molidas) para obtenerlas en otro día más húmedo.
De esta manera, la Anternet permite a la colonia lidiar con altos costos de operación. En Internet, el protocolo TCP también evita que el sistema envíe datos a Internet cuando no hay ancho de banda disponible. El esfuerzo se desperdiciaría si el mensaje se pierde, por lo que no vale la pena enviarlo a menos que esté seguro de que llegará a su destino.
Más recientemente, he mostrado cómo la selección natural está optimizando actualmente el algoritmo de Internet. He estado siguiendo una población de 300 colonias de hormigas cosechadoras durante más de 25 años, y usando huellas genéticas descubrimos qué colonias tenían más colonias de crías.
Las colonias almacenan comida dentro del nido como táctica de supervivencia. En los días especialmente calurosos, las colonias que tienden a quedarse bajas en lugar de recolectar más comida son las que tienen más colonias de crías durante sus 25 años de vida. _Por lo tanto, _Restricción _ _ surge como la mejor estrategia a nivel de colonia. Las colonias de larga vida en el desierto regulan su comportamiento no para maximizar u optimizar la ingesta de alimentos, sino para seguir adelante sin desperdiciar recursos.
Ante la escasez, el algoritmo que regula el flujo de hormigas está evolucionando hacia la minimización de los costos operativos en lugar de la acumulación inmediata. Esta es una estrategia sostenible para cualquier sistema, como una colonia de hormigas en el desierto o Internet móvil, donde es esencial lograr confiabilidad a largo plazo y evitar el esfuerzo desperdiciado.
>Durante los aproximadamente 130 millones de años que han existido las hormigas, la evolución ha ajustado los algoritmos de las colonias de hormigas.
ampliación de Sistemas Pequeños a Grandes
¿Qué sucede cuando un sistema de escalas? Al igual que los sistemas de ingeniería humana, los sistemas de hormigas deben ser robustos para crecer a medida que la colonia crece, y deben ser capaces de tolerar el fallo de los componentes individuales.
Dado que los sistemas grandes permiten cierto desorden, las soluciones ideales utilizan las contribuciones de cada hormiga adicional de tal manera que el beneficio de un trabajador adicional supera el costo de producir y alimentar a una.
Las herramientas que sirven bien a las colonias grandes, por lo tanto, son redundancia e información mínima. Enormes colonias de hormigas funcionan usando interacciones muy simples entre hormigas sin nombre y sin dirección.
En los sistemas de ingeniería, también estamos buscando formas de garantizar resultados confiables, a medida que nuestras redes se escalan, mediante el uso de operaciones baratas que hacen uso de la aleatoriedad. Los diseños elegantes de arriba hacia abajo son atractivos, pero la robustez de los algoritmos ant muestra que tolerar la imperfección a veces conduce a mejores soluciones.
Optimización para la Ventaja del Pionero
La diversidad de algoritmos ant muestra cómo la evolución ha respondido a las diferentes restricciones ambientales. Cuando los costos de operación son bajos y las colonias buscan una delicadeza efímera, como el néctar de flores o las cáscaras de sandía, la velocidad de búsqueda es esencial si la colonia quiere capturar el premio antes de que se seque o se lo lleven.
Dado que las colonias de hormigas compiten entre sí y muchas están buscando la misma comida, la primera colonia en llegar podría tener la mejor oportunidad de retener la comida y mantener alejadas a las otras hormigas.
¿Cómo logra una colonia esta ventaja de ser el primero en moverse sin ningún control central? El desafío en esta situación es que la colonia maneje el flujo de hormigas para que tenga una hormiga en casi todas partes, casi todo el tiempo. El objetivo es aumentar la probabilidad de que alguna hormiga esté lo suficientemente cerca como para encontrarse con lo que suceda para aparecer.
Una estrategia que usan las hormigas (familiar de nuestras propias redes de datos) es establecer un circuito de carreteras permanentes, como una red de torres de teléfonos celulares, desde las que las hormigas buscan localmente. Las hormigas argentinas invasoras son expertas en esto; encontrarán cualquier miga que caiga en el mostrador de su cocina.
Las hormigas argentinas también ajustan sus caminos, cambiando de una caminata cercana a aleatoria cuando hay muchas hormigas alrededor, llevando a cada hormiga a buscar a fondo en un área pequeña, a un camino más recto cuando hay pocas hormigas alrededor, lo que permite que todo el grupo cubra más terreno.
Al igual que una red de respuesta a la demanda distribuida, las respuestas agregadas de cada hormiga a las condiciones locales generan el resultado para todo el sistema, sin ninguna dirección o control centralizado.
>Ante la escasez, el algoritmo que regula el flujo de hormigas está evolucionando hacia la minimización de los costos operativos en lugar de la acumulación inmediata.
Abordar las brechas de seguridad y los desastres
En los trópicos, donde cientos de especies de hormigas se agrupan juntas y compiten por los recursos, las colonias deben lidiar con problemas de seguridad. Esto ha llevado a la evolución de protocolos de seguridad que utilizan información local para la detección de intrusos y para la respuesta.
Una colonia podría usar («pedir prestado» o «robar», como dirían los humanos) información de otra, como rastros químicos o la densidad de hormigas, para encontrar y usar recursos.
En lugar de intentar prevenir incursiones por completo, sin embargo, las hormigas crean sistemas de identidad estocásticos sueltos en los que una especie regula su comportamiento en respuesta al nivel de incursión de otra.
Hay paralelismos obvios con la seguridad informática. Se está volviendo claro (¡considere los eventos recientes!) que nosotros también necesitaremos implementar la evaluación local y la reparación de intrusiones, tolerando algún nivel de imperfección. Las hormigas han encontrado formas de dejar que sus sistemas respondan a las incursiones de los demás, sin intentar establecer una autoridad central que regule los hacks.
>Ants ha desarrollado protocolos de seguridad que utilizan información local para la detección y respuesta de intrusos.
Algunas de nuestras redes parecen estar avanzando hacia el uso de métodos implementados por las hormigas.
Tome los protocolos de recuperación ante desastres de hormigas que se alimentan en árboles donde las ramas se pueden romper, por lo que la amenaza de ruptura es alta. Una red de anillos, con señales u hormigas que fluyen en ambas direcciones, permite una rápida recuperación aquí; después de una interrupción en el flujo en una dirección, el flujo en la otra dirección puede restablecer un enlace.
De manera similar, las primeras redes de cable de fibra óptica a menudo se interrumpían por la maquinaria agrícola y otras excavaciones: una ruptura podría derribar el sistema porque aislaría cada carga. Los ingenieros pronto descubrieron, como ya lo han hecho las hormigas, que las redes de anillos crearían redes que serían más fáciles de reparar.
***
Nuestras redes continuará cambiando y evolucionando. Al examinar y comparar los algoritmos utilizados por las hormigas en el desierto, en el bosque tropical, y las especies invasoras que visitan nuestras cocinas, ya es obvio que las hormigas han encontrado nuevas soluciones que pueden enseñarnos algo sobre cómo debemos diseñar nuestros sistemas.
Usando interacciones simples como el breve toque de antenas, no a diferencia de nuestras actualizaciones de estado fugaces en redes sociales efímeras, las colonias crean redes que responden a un mundo que cambia constantemente, con recursos que aparecen en parches y luego desaparecen. Estas redes son fáciles de reparar y pueden crecer o reducirse.
Las colonias de hormigas se han utilizado a lo largo de la historia como modelos de industria, obediencia y sabiduría. Aunque las hormigas mismas pueden ser indolentes, desconsideradas con las demás y francamente estúpidas, tenemos mucho que aprender de los protocolos de las colonias de hormigas. Las hormigas han desarrollado formas de trabajar juntas que aún no hemos soñado.
Editor de opinión con cable: Sonal Chokshi @ smc90