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Las lecciones que las hormigas pueden dar a los ingenieros de 'teleco '
Las hormigas controlan su territorio y le sacan el máximo partido con un sistema organizado desde abajo y sin ningún control central, lo que hace su eficacia aún más admirable.
Los paralelismos entre los sistemas de trabajo de las hormigas y los creados por los ingenieros son notables. Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford ha llevado a cabo una investigación, en la que ha denominado Anternet -un juego de palabras con ant, hormiga en inglés, e Internet-, a la red de información que utilizan las hormigas. Según los resultados de este estudio, el algoritmo que utilizan las hormigas del desierto para regular la recolecta de alimento está basado en lo mismo que el Protocolo de Control de Tráfico (TPC) que se utiliza para controlar el tráfico en Internet: ambos se basan en el feedback positivo.
Pero lo más interesante para los investigadores no fue descubrir cómo los sistemas de comunicaciones de las hormigas y los de telecomunicaciones de los humanos se parecen hasta lo insospechado -el algoritmo de optimización basado en las colonias de hormigas es un ejemplo-, sino preguntarse qué cosas saben las hormigas que nosotros no sabemos.
Estos insectos utilizan una red de breves interacciones para transmitirse entre ellos información sobre los cambios en el ambiente. Ningún individuo sabe lo que ocurre a nivel global, sino que mantiene un recuerdo de sus últimos encuentros y actúa en base a ello. A pesar de las limitaciones que esto supone a nivel individual, estas redes de comunicación han permitido un fenómeno evolutivo admirable: en los 130 millones de años que llevan sobre el planeta, las hormigas han aprendido a lidiar con la variabilidad y las limitaciones del entorno, y como resultado existen más de once mil especies distintas que pueblan prácticamente todos los hábitats de la Tierra.
Tal como explica Deborah Gordon, del equipo de investigación de Stanford, enThe Wired, es posible que Anternet tenga algo que enseñarnos.
MANEJAR LOS COSTES OPERATIVOS
Gordon cuenta que las recolectoras de las colonias que se encuentran en ambientes desérticos tienen que gastar agua para poder encontrar agua: cuando salen a buscar alimento, el agua se evapora de sus cuerpos; un agua que han conseguido a base de metabolizar alimentos previamente ingeridos. Para evitar el malgasto, las recolectoras no salen los días de más calor. Así, el sistema no gasta energía recogiendo alimentos cuando el coste operativo en forma de agua va a ser demasiado alto. Incluso si eso significa dejar escapar comida que está fácilmente a su alcance.
Este comportamiento, de hecho, es favorecido por la selección natural, según Gordon. Aunque todas las colonias almacenan alimento bajo tierra como estrategia de supervivencia, aquéllas que tienden a mantenerse resguardadas los días de más calor en vez de salir en busca de alimento son las que generan más descendientes, que forman a su vez otras colonias en una especie de árbol genealógico.
Ante la escasez, el algoritmo que regula la actividad de las hormigas evoluciona hacia la minimización de los costes operativos, más que hacia la acumulación inmediata de recursos. Esta estrategia de sostenibilidad vale para cualquier sistema, ya sean las colonias de insectos o Internet en dispositivos móviles, donde es necesario asegurar la fiabilidad a largo plazo evitando malgastar esfuerzos.
PASAR DE LA PEQUEÑA A LA GRAN ESCALA
Para pasar de un sistema pequeño a uno considerablemente mayor, tanto los sistemas de telecomunicaciones humanos como los organizativos de las hormigas deben ser lo suficientemente resistentes como para aguantar los posibles fallos de cada individuo. Además, el crecimiento de las colonias está basado en otro principio aplicable, y es que el beneficio de un trabajador extra debe compensar el esfuerzo de criarlo y alimentarlo. El resultado final debe ser positivo o el crecimiento no será sostenible.
Las herramientas que ayudan a las colonias en el paso de la pequeña a la mediana escala y de ahí a la grande son la redundancia y la división hasta lo infinitesimal de la información. En los sistemas de telecomunicaciones y otras ingenierías, también se busca una forma de asegurar resultados fiables a medida de aumentamos la escala, utilizando operaciones sencillas basadas en la aleatoriedad. Los sistemas bellamente diseñados de arriba hacia abajo son muy bonitos, dice Gordon, pero los robustos algoritmos de las colonias de hormigas demuestran que a veces tolerar las imperfecciones da mejores resultados.
OPTIMIZAR LA BÚSQUEDA DE ALIMENTO PARA SER LOS PRIMEROS
Puesto que en muchas ocasiones, varias colonias conviven en el mismo entorno y compiten por el mismo alimento, la primera que encuentra comida es la que habitualmente tiene más posibilidades de hacerse con ella y echar a las demás.¿Cómo logra una colonia afrontar una situación como ésta si no hay un mando central? El desafío consiste en controlar el movimiento de las hormigas de forma que en cualquier momento haya un individuo en todas las zonas del territorio de la colonia. El objetivo es aumentar las probabilidades de que siempre haya un miembro de la colonia cerca de cualquier cosa que pueda aparecer.
Lo que hacen es crear un circuito fijo de caminos desde los que las recolectoras buscan por zonas, de forma que cubran de forma ordenada todo el espacio.Además, cambian los patrones de recorrido: si hay muchos individuos alrededor, buscan de forma errática, más concienzuda en su espacio; si son pocas, avanzan coordinadamente en línea recta, recorriendo más espacio en el mismo tiempo.
Igual que una red de distribución de demanda y respuesta, las respuestas agregadas de las hormigas a las condiciones cambiantes del entorno en que se mueven generan una respuesta que sirve a todo el sistema, incluso sin que haya un puesto de mando o de gestión central.
AFRONTAR BRECHAS EN LA SEGURIDAD Y DESASTRES
La convivencia con otras colonias no solo conlleva la competencia por los recursos, sino que las hormigas tienen que hacer frente a veces a problemas de seguridad. Esto ha llevado a una evolución de sus protocolos de seguridad, basados en el intercambio de información para detectar y afrontar estos problemas. Es habitual que una colonia utilice o robe información química de otra para conocer, por ejemplo, la frecuencia con lo que se utiliza un camino y acceder así a recursos que tenga almacenados. Por lo general, las colonias no combaten totalmente las incursiones de los rivales, sino que utilizan información química para detectarlos y adaptarse a ellas, reparando el daño causado.
Al igual que hacen las hormigas, es útil en los sistemas telecomunicaciones aprender a detectar y reparar el daño causado por una brecha en la seguridad, aceptando cierto grado de imperfección para mantener el daño bajo control.
En cuanto a la respuesta ante desastres, es un buen ejemplo la forma en que responden las hormigas cuando una rama u otro objeto interrumpen el camino que siguen, marcado con señales químicas que les ayudan a orientarse. En estos casos, crean rápidamente un camino que rodee el obstáculo, marcado también con señales químicas o por otras hormigas, que restablecen rápidamente el flujo de individuos y permiten retomar la tarea de búsqueda y transporte de alimento.
Los primeros sistemas de cableados afrontaron un problema similar, ya que el corte por accidente de un cable dejaba incomunicados a ambos lados sin remedio hasta que fuese posible reponerlo. Los ingenieros pronto aprendieron, igual que lo han hecho las hormigas, que las redes en forma de anillos creaban conexiones más fáciles de reparar.
UN EJEMPLO PARA LA INGENIERÍA DE SISTEMAS
Nuestros sistemas de telecomunicaciones seguirán evolucionando y volviéndose más grandes y complejos, y a medida que lo hagan surgirán nuevos retos.Muchas de las respuestas a esos retos no han sido formuladas aún, pero no está de más echar un vistazo a nuestro alrededor y ver qué podemos aprender de lo que ya tenemos.
Las hormigas han sido puestas como ejemplo en muchas ocasiones: de disciplina, de trabajo, de producción. Son también un ejemplo para la ingeniería de sistemas, ya que han resuelto algunas cuestiones con las que los humanos aún nos estamos peleando.
Autor: Rocío P. Benavente
Los paralelismos entre los sistemas de trabajo de las hormigas y los creados por los ingenieros son notables. Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford ha llevado a cabo una investigación, en la que ha denominado Anternet -un juego de palabras con ant, hormiga en inglés, e Internet-, a la red de información que utilizan las hormigas. Según los resultados de este estudio, el algoritmo que utilizan las hormigas del desierto para regular la recolecta de alimento está basado en lo mismo que el Protocolo de Control de Tráfico (TPC) que se utiliza para controlar el tráfico en Internet: ambos se basan en el feedback positivo.
Pero lo más interesante para los investigadores no fue descubrir cómo los sistemas de comunicaciones de las hormigas y los de telecomunicaciones de los humanos se parecen hasta lo insospechado -el algoritmo de optimización basado en las colonias de hormigas es un ejemplo-, sino preguntarse qué cosas saben las hormigas que nosotros no sabemos.
Estos insectos utilizan una red de breves interacciones para transmitirse entre ellos información sobre los cambios en el ambiente. Ningún individuo sabe lo que ocurre a nivel global, sino que mantiene un recuerdo de sus últimos encuentros y actúa en base a ello. A pesar de las limitaciones que esto supone a nivel individual, estas redes de comunicación han permitido un fenómeno evolutivo admirable: en los 130 millones de años que llevan sobre el planeta, las hormigas han aprendido a lidiar con la variabilidad y las limitaciones del entorno, y como resultado existen más de once mil especies distintas que pueblan prácticamente todos los hábitats de la Tierra.
Tal como explica Deborah Gordon, del equipo de investigación de Stanford, enThe Wired, es posible que Anternet tenga algo que enseñarnos.
MANEJAR LOS COSTES OPERATIVOS
Gordon cuenta que las recolectoras de las colonias que se encuentran en ambientes desérticos tienen que gastar agua para poder encontrar agua: cuando salen a buscar alimento, el agua se evapora de sus cuerpos; un agua que han conseguido a base de metabolizar alimentos previamente ingeridos. Para evitar el malgasto, las recolectoras no salen los días de más calor. Así, el sistema no gasta energía recogiendo alimentos cuando el coste operativo en forma de agua va a ser demasiado alto. Incluso si eso significa dejar escapar comida que está fácilmente a su alcance.
Este comportamiento, de hecho, es favorecido por la selección natural, según Gordon. Aunque todas las colonias almacenan alimento bajo tierra como estrategia de supervivencia, aquéllas que tienden a mantenerse resguardadas los días de más calor en vez de salir en busca de alimento son las que generan más descendientes, que forman a su vez otras colonias en una especie de árbol genealógico.
Ante la escasez, el algoritmo que regula la actividad de las hormigas evoluciona hacia la minimización de los costes operativos, más que hacia la acumulación inmediata de recursos. Esta estrategia de sostenibilidad vale para cualquier sistema, ya sean las colonias de insectos o Internet en dispositivos móviles, donde es necesario asegurar la fiabilidad a largo plazo evitando malgastar esfuerzos.
PASAR DE LA PEQUEÑA A LA GRAN ESCALA
Para pasar de un sistema pequeño a uno considerablemente mayor, tanto los sistemas de telecomunicaciones humanos como los organizativos de las hormigas deben ser lo suficientemente resistentes como para aguantar los posibles fallos de cada individuo. Además, el crecimiento de las colonias está basado en otro principio aplicable, y es que el beneficio de un trabajador extra debe compensar el esfuerzo de criarlo y alimentarlo. El resultado final debe ser positivo o el crecimiento no será sostenible.
Las herramientas que ayudan a las colonias en el paso de la pequeña a la mediana escala y de ahí a la grande son la redundancia y la división hasta lo infinitesimal de la información. En los sistemas de telecomunicaciones y otras ingenierías, también se busca una forma de asegurar resultados fiables a medida de aumentamos la escala, utilizando operaciones sencillas basadas en la aleatoriedad. Los sistemas bellamente diseñados de arriba hacia abajo son muy bonitos, dice Gordon, pero los robustos algoritmos de las colonias de hormigas demuestran que a veces tolerar las imperfecciones da mejores resultados.
OPTIMIZAR LA BÚSQUEDA DE ALIMENTO PARA SER LOS PRIMEROS
Puesto que en muchas ocasiones, varias colonias conviven en el mismo entorno y compiten por el mismo alimento, la primera que encuentra comida es la que habitualmente tiene más posibilidades de hacerse con ella y echar a las demás.¿Cómo logra una colonia afrontar una situación como ésta si no hay un mando central? El desafío consiste en controlar el movimiento de las hormigas de forma que en cualquier momento haya un individuo en todas las zonas del territorio de la colonia. El objetivo es aumentar las probabilidades de que siempre haya un miembro de la colonia cerca de cualquier cosa que pueda aparecer.
Lo que hacen es crear un circuito fijo de caminos desde los que las recolectoras buscan por zonas, de forma que cubran de forma ordenada todo el espacio.Además, cambian los patrones de recorrido: si hay muchos individuos alrededor, buscan de forma errática, más concienzuda en su espacio; si son pocas, avanzan coordinadamente en línea recta, recorriendo más espacio en el mismo tiempo.
Igual que una red de distribución de demanda y respuesta, las respuestas agregadas de las hormigas a las condiciones cambiantes del entorno en que se mueven generan una respuesta que sirve a todo el sistema, incluso sin que haya un puesto de mando o de gestión central.
AFRONTAR BRECHAS EN LA SEGURIDAD Y DESASTRES
La convivencia con otras colonias no solo conlleva la competencia por los recursos, sino que las hormigas tienen que hacer frente a veces a problemas de seguridad. Esto ha llevado a una evolución de sus protocolos de seguridad, basados en el intercambio de información para detectar y afrontar estos problemas. Es habitual que una colonia utilice o robe información química de otra para conocer, por ejemplo, la frecuencia con lo que se utiliza un camino y acceder así a recursos que tenga almacenados. Por lo general, las colonias no combaten totalmente las incursiones de los rivales, sino que utilizan información química para detectarlos y adaptarse a ellas, reparando el daño causado.
Al igual que hacen las hormigas, es útil en los sistemas telecomunicaciones aprender a detectar y reparar el daño causado por una brecha en la seguridad, aceptando cierto grado de imperfección para mantener el daño bajo control.
En cuanto a la respuesta ante desastres, es un buen ejemplo la forma en que responden las hormigas cuando una rama u otro objeto interrumpen el camino que siguen, marcado con señales químicas que les ayudan a orientarse. En estos casos, crean rápidamente un camino que rodee el obstáculo, marcado también con señales químicas o por otras hormigas, que restablecen rápidamente el flujo de individuos y permiten retomar la tarea de búsqueda y transporte de alimento.
Los primeros sistemas de cableados afrontaron un problema similar, ya que el corte por accidente de un cable dejaba incomunicados a ambos lados sin remedio hasta que fuese posible reponerlo. Los ingenieros pronto aprendieron, igual que lo han hecho las hormigas, que las redes en forma de anillos creaban conexiones más fáciles de reparar.
UN EJEMPLO PARA LA INGENIERÍA DE SISTEMAS
Nuestros sistemas de telecomunicaciones seguirán evolucionando y volviéndose más grandes y complejos, y a medida que lo hagan surgirán nuevos retos.Muchas de las respuestas a esos retos no han sido formuladas aún, pero no está de más echar un vistazo a nuestro alrededor y ver qué podemos aprender de lo que ya tenemos.
Las hormigas han sido puestas como ejemplo en muchas ocasiones: de disciplina, de trabajo, de producción. Son también un ejemplo para la ingeniería de sistemas, ya que han resuelto algunas cuestiones con las que los humanos aún nos estamos peleando.
Autor: Rocío P. Benavente
