211service.com
Op de rug van mieren
De onderzoekers van de Humboldt-universiteit in Duitsland putten veel uit de scheikunde van de biologie en hebben een manier bedacht waarop elektronische agenten efficiënt een netwerk kunnen samenstellen zonder afhankelijk te zijn van een centraal plan.
De onderzoekers hebben hun idee gemodelleerd naar de methoden van insecten en andere levensvormen waarvan de communicatie geen centrale planning heeft, maar die erin slagen netwerken te vormen wanneer individuen chemische sporen afscheiden en erop reageren.
De onderzoekers ontdekten dat wat werkt voor mieren en bacteriën, ook werkt voor autonome stukjes computercode. Het idee is geïnspireerd op chemotactische modellen van het volgen van spoorvorming die veel wordt aangetroffen in insecten, bacteriën en slijmzwammen, zei Frank Schweitzer, universitair hoofddocent aan de Humboldt University en een onderzoeksmedewerker aan het Fraunhofer Institute for Autonomous Intelligence Systems in Duitsland.
Het werk zou uiteindelijk kunnen worden gebruikt voor zelfassemblerende circuits, groepen gecoördineerde robots en adaptieve kankerbehandelingen, aldus Schweitzer.
Insecten-, bacteriën- en slijmzwamgemeenschappen coördineren groeiprocessen op basis van interacties tussen chemische sporen die door individuen zijn achtergelaten. De onderzoekers zetten een soortgelijk netwerk op met behulp van een computersimulatie van elektronische agenten die willekeurig over een raster met niet-verbonden netwerkknooppunten bewegen.
In plaats van de structuur van een netwerk te bepalen in een top-down benadering van hiërarchische planning, vonden agenten knooppunten en creëerden ze verbindingen in een bottom-up proces van zelforganisatie.
Toen een agent op een knooppunt gebeurde, begon het een van de twee gesimuleerde chemische sporen te produceren met een snelheid die in de tijd afnam. De sterkte van het chemische spoor vervaagde ook met het verstrijken van de tijd. De sleutel tot het zelfassemblerende netwerk is dat de agenten worden aangetrokken door de chemische sporen die door andere agenten zijn vastgelegd.
Het model van de onderzoekers bevat twee soorten netwerkknooppunten: blauw en rood. Elke agent begint als een groene agent, die geen chemische sporen legt en willekeurig reist. Wanneer een agent op een blauw knooppunt gebeurt, wordt het blauw en wanneer een agent over een rood knooppunt gebeurt, wordt het rood. Rode en blauwe middelen leggen chemische sporen af die middelen van de tegenovergestelde kleur aantrekken.
In de loop van de tijd verandert het model van veel groene agenten die willekeurig reizen naar gekleurde agenten die zich tussen knooppunten verplaatsen, zoals verkeer in een netwerk. Je ziet een netwerk dat bijna alle aangrenzende knooppunten verbindt, zei Schweitzer.
De chemische methode lost tegelijkertijd de twee basisproblemen op van netwerk-zelfassemblage-detecterende knooppunten en het leggen van verbindingen tussen knooppunten, zei Schweitzer.
Dit type netwerk lost snel storingen en storingen op, zei Schweitzer. Als de positie van de knooppunten wordt gewijzigd, past het netwerk zich dienovereenkomstig aan. Als een link is verbroken, wordt deze zeer snel hersteld.
De resultaten zouden moeten helpen bij het gebruik van virtuele feromonen om computeragenten en echte robots te coördineren, zei Schweitzer. Feromonen zijn de chemicaliën die door mieren in hun netwerken worden gebruikt. Dezelfde principes kunnen worden gebruikt om zelfassemblerende elektronische circuits te ontwikkelen uit bouwstenen zoals nanodraden, zei hij.
Zelfassemblerende netwerken zijn belangrijk, zegt Tamas Vicsek, hoogleraar natuurkunde aan de Eotvos-universiteit in Hongarije. In feite worden netwerken zoals internet continu samengesteld op basis van hun werkelijke prestaties, zei hij.
Viksek zei dat het model van de Humboldt-onderzoekers nuttige inzichten zou kunnen opleveren voor degenen die netwerken runnen. Terwijl andere netwerkontwerpen ook hun structuur veranderen als een functie van tijd en andere parameters, onderscheidde het Humboldt-team hun model door agenten te introduceren - een leuke bijkomstigheid, aldus Viksek. Maar, voegde hij eraan toe, het model is momenteel te ingewikkeld om op grote schaal toe te passen.
Dit is een richting die de moeite waard is om verder te ontwikkelen, zei hij.
De onderzoekscollega's van Schweitzer waren Sankt Augustin en Benno Tilch van de Humboldt University. Ze publiceerden het onderzoek in het nummer van 21 augustus 2002 van: Fysieke beoordeling E. Het onderzoek werd gefinancierd door de Humboldt University.