개미는 우리가'을 사용한다는 것을 무엇을 알고 있습니까?

개미 식민지가 어떻게 7 월 4 일 피크닉에서 음식을 찾기 위해 세계의 자원을 성공적으로 탐구하고 활용하는지 주목 한 적이 있습니까? 당신은 성가신 찾을 수 있습니다. 하지만 개미와 집단적 행동을 연구하는 생태학자로서,저는 그것이 흥미롭다고 생각합니다.특히 모든 것이 중앙 통제 없이 이루어진다는 사실입니다.

특히 주목할만한 점은 개미 식민지 네트워크와 인간이 설계 한 네트워크 사이의 밀접한 유사점입니다. 한 가지 예는 우리,스탠포드에서 연구자의 그룹,사막 개미가 꼴을 조절하는 데 사용하는 알고리즘이 인터넷에서 데이터 트래픽을 조절하는 데 사용되는 트래픽 제어 프로토콜과 같은 것을 발견”인터넷”입니다. 개미와 인간 네트워크 모두 긍정적 인 피드백을 사용합니다:다음 데이터 패킷의 전송을 트리거하는 승인 또는 다른 발신 식량의 출구를 트리거하는 식량이 많은 반환 식량에서.

이 연구는 우리에게 친숙한 시스템을 발명 할 수있는 개미의 독창성에 감탄하게 만들었습니다.: 와우,개미는 수백만 년 동안 인터넷 알고리즘을 사용 해왔다! (유선,너무,그 전문 용어 시계 칼럼 작년에”인터넷”의 개념 설레.

그러나 인간 네트워크를 모방 한 곤충 행동-또 다른 예는 개미 식민지 최적화 알고리즘이 제공하는 여행 세일즈맨 문제에 대한 개미와 같은 해결책-은 실제로 개미 네트워크에서 가장 흥미로운 것이 아닙니다. 훨씬 더 흥미로운 것은 다른 방향의 유사점입니다:개미들은 우리 인간이 아직 생각하지 못했던 것을 해결해 냈습니까?

개미 식민지 네트워크가 인간 공학 네트워크의 다음 단계에 대해 우리에게 말할 수있는 것

개미가 주변에 있었던 1 억 3 천만 년 동안,진화는 특정 환경에 의해 설정된 가변성과 제약을 다루기 위해 개미 식민지 알고리즘을 조정했다.

개미 군집은 변화하는 조건에 적응하기 위해 짧은 상호 작용의 동적 네트워크를 사용합니다. 어떤 개미도 무슨 일이 일어나고 있는지 알지 못합니다. 각 개미는 개미가 안테나를 만지거나 개미가 다른 개미에 의해 퇴적 된 화학 물질을 만날 때 일대일 만남으로 다른 개미를 만나는 최근의 경험을 추적합니다.

이러한 네트워크는 지구상의 모든 상상할 수있는 서식지에서 11,000 개 이상의 개미 종의 놀라운 다양성과 풍요 로움을 가능하게했습니다. 그래서 인터넷과 다른 개미 네트워크는 우리에게 많은 것을 가르쳐줍니다. 개미 프로토콜은 우리 자신의 정보 네트워크를 구축하는 방법을 제안 할 수 있습니다…

높은 운영 비용 다루기

사막의 수확기 개미 식민지는 물 물 얻기 위해 지출해야합니다. 개미는 뜨거운 태양에서 먹이를 구할 때 물을 잃고,그들이 모은 씨앗에서 물 대사를 통해 물을받습니다. 식민지는 씨앗을 저장하기 때문에 물 비용이 높을 때 긍정적 인 피드백 시스템은 다른 더 습한 날에 얻을 수있는 씨앗을”테이블 위에”(또는 오히려 땅)남겨 두는 것을 의미하더라도 채집 노력을 낭비하지 않습니다.

이런 식으로,안테넷은 식민지가 높은 운영 비용을 처리 할 수있게합니다. 또한 인터넷에서는 대역폭이 없을 때 시스템이 인터넷에서 데이터를 전송하지 못하도록 합니다. 메시지가 손실 된 경우 노력이 낭비 될 것이다,그래서 그것의 목적지에 도달하는 것이 확실하지 않는 한 그것을 밖으로 보내는 가치가 없어.

최근에는 자연 선택이 현재 어떻게 인터넷 알고리즘을 최적화하고 있는지 보여주었습니다. 저는 25 년 이상 300 마리의 개미집단을 추적해왔고,유전자 지문을 이용하여 어떤 집단이 더 많은 새끼 집단을 가지고 있는지 알아냈습니다.

식민지는 생존 전술로 둥지 안에 음식을 저장합니다. 특히 더운 날에는 더 많은 음식을 모으는 대신 낮게 누워있을 가능성이있는 식민지는 25 년 동안 더 많은 자손 식민지를 가진 식민지입니다. _따라서 식민지 수준에서 최선의 전략으로 나타납니다. 사막에서 오래 살았던 식민지는 음식 섭취를 극대화하거나 최적화하는 것이 아니라 자원을 낭비하지 않고 계속 나아 가기 위해 행동을 규제합니다.

희소성에 직면하여 개미의 흐름을 조절하는 알고리즘은 즉각적인 축적보다는 운영 비용을 최소화하는 방향으로 진화하고 있습니다. 이것은 사막 개미 식민지 또는 모바일 인터넷과 같은 모든 시스템에 대한 지속 가능한 전략으로,낭비되는 노력을 피하면서 장기적인 신뢰성을 달성하는 것이 필수적입니다.

소형 시스템에서 대형 시스템으로 확장

시스템이 확장되면 어떻게 됩니까? 인간 공학 시스템과 마찬가지로 개미 시스템은 식민지가 성장함에 따라 확장 할 수있는 견고해야하며 개별 구성 요소의 실패를 견딜 수 있어야합니다.

대형 시스템은 약간의 혼란을 허용하기 때문에,이상적인 솔루션은 추가 작업자의 이익이 생산 및 먹이 비용을 능가하는 방식으로 각 추가 개미의 기여를 활용합니다.

따라서 대규모 식민지를 잘 제공하는 도구는 중복성과 최소한의 정보입니다. 거대한 개미 식민지는 주소가없는 이름없는 개미들 사이에서 매우 간단한 상호 작용을 사용하여 기능합니다.

엔지니어링 시스템에서 우리는 또한 무작위성을 활용하는 값싼 작업을 사용하여 네트워크가 확장됨에 따라 신뢰할 수있는 결과를 보장 할 수있는 방법을 찾고 있습니다. 우아한 하향식 디자인은 매력적이지만 개미 알고리즘의 견고성은 불완전 함을 용인하는 것이 때때로 더 나은 솔루션으로 이어진다는 것을 보여줍니다.

선점 효과를 위한 최적화

개미 알고리즘의 다양성은 진화가 다른 환경적 제약에 어떻게 반응했는지를 보여준다. 운영 비용이 낮고 식민지가 꽃 과즙 또는 수박 과피처럼 일시적인 진미를 추구 할 때 식민지가 마르거나 빼앗기 전에 상을 캡처하는 경우 검색 속도가 필수적입니다.

개미 서식지가 서로 경쟁하고 많은 사람들이 같은 음식을 찾고 있기 때문에,도착한 첫 번째 서식지는 음식을 잡고 다른 개미를 멀리 할 수있는 가장 좋은 기회를 가질 수 있습니다.

식민지가 중앙 통제없이 어떻게이 선점 효과를 얻을 수 있습니까? 이 상황에서 도전은 식민지가 개미의 흐름을 관리하여 거의 모든 곳에서 거의 항상 개미를 갖는 것입니다. 목표는 어떤 개미가 나타날 일이 무엇이든지 만날 수있을 정도로 가까워 질 가능성을 높이는 것입니다.

개미가 사용하는 한 가지 전략(우리 자신의 데이터 네트워크에서 친숙한)은 개미가 현지에서 검색하는 휴대 전화 타워 네트워크와 같은 영구적 인 고속도로 회로를 설정하는 것입니다. 침략적인 아르헨티나 개미는 이것에 전문가 이다;그들은 너의 부엌 카운터에 착륙하는 어떤 바스라기를 발견할 것이다.

아르헨티나 개미는 또한 경로를 조정하여 주변에 개미가 많을 때 가까운 거리에서 무작위 산책으로 이동하여 각 개미가 작은 지역에서 철저히 검색하도록 유도하고 주변에 개미가 거의 없을 때 더 똑바른 경로로 이동하여 전체 그룹이 더 많은 땅을 덮을 수 있도록합니다.

분산 수요 대응 네트워크와 마찬가지로 각 개미의 지역 조건에 대한 집계 된 응답은 중앙 집중식 방향이나 제어없이 전체 시스템에 대한 결과를 생성합니다.

보안 침해 및 재해 해결

수백 종의 개미가 서로 밀착되어 자원을 놓고 경쟁하는 열대 지방에서는 식민지가 보안 문제를 해결해야합니다. 이로 인해 침입 탐지 및 응답을 위해 로컬 정보를 사용하는 보안 프로토콜이 발전했습니다.

한 군집은 화학적 흔적이나 개미의 밀도와 같은 다른 군집의 정보를 사용하여 자원을 찾고 사용할 수 있습니다(인간이 말하는 것처럼”빌려”또는”훔치기”).

그러나 개미는 침입을 완전히 막으려 하기보다는 한 종이 다른 종의 침입 수준에 반응하여 행동을 조절하는 느슨하고 확률 적 정체성 시스템을 만듭니다.

컴퓨터 보안과 명백한 유사점이 있습니다. 그것은 분명 해지고 있습니다(최근 사건을 고려하십시오!)우리는 너무 불완전 어떤 수준을 허용,지역 평가 및 침입의 수리를 구현해야합니다. 개미는 해킹을 규제하는 중앙 권한을 설정하지 않고 자신의 시스템이 서로의 침입에 응답 할 수있는 방법을 발견했다.

우리의 네트워크 중 일부는 개미가 배치 한 방법을 사용하는 방향으로 움직이는 것 같습니다.

나뭇가지가 부서질 수 있는 곳에서 먹이를 먹는 개미의 재해복구 프로토콜을 이용하면 파열의 위험이 높다. 신호 또는 개미 양방향으로 흐르는 링 네트워크 수 있습니다 빠른 복구 여기;한 방향으로 흐름에 휴식 후 다른 방향으로 흐름 링크를 다시 설정할 수 있습니다.

마찬가지로,초기 광섬유 케이블 네트워크는 종종 농장 기계 및 기타 파기에 의해 중단되었다:그것은 모든 부하를 분리하기 때문에 하나의 휴식 시스템을 가져올 수 있습니다. 개미가 이미 한 것처럼 엔지니어들은 곧 링 네트워크가 쉽게 복구 할 수있는 네트워크를 만들 것이라고 발견했다.

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우리의 네트워크는 계속 변화하고 진화 할 것입니다. 사막과 열대 우림의 개미들이 사용하는 알고리즘과 우리 부엌을 방문하는 침입 종들을 조사하고 비교함으로써,개미들이 우리에게 시스템을 어떻게 설계해야하는지에 대해 가르쳐 줄 수있는 새로운 해결책을 제시했다는 것은 이미 분명합니다.

안테나의 짧은 터치와 같은 간단한 상호 작용을 사용하여-임시 소셜 네트워크에서 우리의 덧없는 상태 업데이트와는 달리-식민지는 끊임없이 변화하는 세계에 반응하는 네트워크를 만들고,자원은 패치로 나타났다가 사라집니다. 이러한 네트워크는 쉽게 복구 할 수 있으며 성장하거나 축소 할 수 있습니다.

개미 식민지는 역사를 통해 산업,순종 및 지혜의 모델로 사용되었습니다. 개미 자체는 나태한 다른 사람의 배려심,그리고 명백히 바보가 될 수 있지만,우리는 개미 식민지 프로토콜에서 배울 많이있다. 개미들은 우리가 아직 꿈꾸지 못한 방식으로 함께 일해왔습니다.

유선 의견 편집자:소날 쵸크시