El algoritmo de las hormigas para hacer puentes

El algoritmo simple que utilizan las hormigas para construir puentes

Incluso sin nadie a cargo, las hormigas del ejército trabajan colectivamente para construir puentes desde sus cuerpos. Una nueva investigación revela las reglas simples que conducen a un comportamiento grupal tan complejo.
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Vaishakh Manohar

Kevin Hartnett  |  Quanta Magazine
Escritor sénior

Las hormigas del ejército forman colonias de millones sin embargo, no tienen un hogar permanente. Marchan a través de la jungla cada noche en busca de un nuevo terreno de forrajeo. En el camino, realizan hazañas logísticas que harían sentir orgulloso a un general de cuatro estrellas, incluida la construcción de puentes con sus propios cuerpos.

Al igual que los enjambres de robots baratos y tontos que exploré en mi artículo reciente, las hormigas del ejército manejan esta coordinación sin ningún líder y con recursos cognitivos mínimos. Una hormiga del ejército individual es prácticamente ciega y tiene un cerebro minúsculo que no puede comenzar a comprender su elaborado movimiento colectivo. "No hay un líder, ningún arquitecto que diga 'tenemos que construir aquí'", dijo Simon Garnier, director del Swarm Lab en el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey y coautor de un nuevo estudio que predice cuándo una colonia de hormigas del ejército decidirá construir un puente.

El estudio de Garnier ayuda a explicar no solo cómo las hormigas no organizadas construyen puentes, sino también cómo llevan a cabo la tarea aún más compleja de determinar qué puentes vale la pena construir.


A medida que la brecha se amplía lentamente, un puente de la hormiga del ejército se derrumba y luego se recupera. Simon Garnier, Helen McCreery y el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey

Para ver cómo se desarrolla esto, toma la perspectiva de una hormiga en la marcha. Cuando se trata de una brecha en su camino, se ralentiza. El resto de la colonia, aún avanzando a toda velocidad a 12 centímetros por segundo, viene pisoteando su espalda. En este punto, dos simples reglas entran en juego.

El primero le dice a la hormiga que cuando sienta que otras hormigas caminan sobre su espalda, se debe congelar. "Mientras alguien te pase, te quedas quieto", dijo Garnier.

Este mismo proceso se repite en las otras hormigas: pasan por encima de la primera hormiga, pero - uh - oh - la brecha sigue ahí, por lo que la siguiente hormiga en la línea se ralentiza, se pisotea y se congela en su lugar. De esta manera, las hormigas construyen un puente lo suficientemente largo como para abarcar cualquier brecha que se encuentre frente a ellos. Las hormigas que se arrastran en la colonia caminan sobre ella.

Sin embargo, hay más que eso. Los puentes implican compensaciones. Imagina que una colonia de hormigas llega a una brecha en forma de V en su camino. La colonia no quiere rodear la brecha, eso llevaría demasiado tiempo, pero tampoco construye un puente en la parte más ancha de la brecha que minimice la distancia que debe recorrer la colonia. El hecho de que las hormigas armadas no siempre construyan el puente minimizador de distancia sugiere que hay algún otro factor en su cálculo inconsciente.


Una brecha en forma de V ofrece a las hormigas una solución de compromiso: una ruta más directa requerirá más hormigas para construir. Christopher R. Reid, Matthew J. Lutz y el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey

"En ecología cuando ves algo como esto, generalmente significa que hay una relación de costo-beneficio", dijo Garnier. "Intenta comprender: ¿cuál es el beneficio y cuál es el costo?"

El costo, según los ecologistas, es que las hormigas atrapadas en puentes no están disponibles para otras tareas, como la búsqueda de alimento. En cualquier momento de una marcha, una colonia puede mantener de 40 a 50 puentes, con tan solo uno y hasta 50 hormigas por puente. En un documento de 2015, Garnier y sus colegas calcularon que hasta el 20 por ciento de la colonia se puede bloquear en puentes a la vez. En este punto, una ruta más corta no vale las hormigas adicionales que se necesitarían para crear un puente más largo.

Excepto, por supuesto, las hormigas individuales no tienen idea de cuántos de sus colonos se están aferrando a una brecha. Y aquí es donde entra en juego la segunda regla. Como las hormigas individuales ejecutan el algoritmo "puente", tienen una sensibilidad a ser estampadas. Cuando el tráfico sobre sus espaldas está por encima de cierto nivel, se mantienen en su lugar, pero cuando cae por debajo de un umbral -tal vez porque muchas otras hormigas están ocupadas en la construcción de puentes- la hormiga se descongela y vuelve a unirse a la marcha.

Este nuevo artículo surgió de experimentos realizados con hormigas del ejército en la jungla panameña en 2014. Con base en esas observaciones, los investigadores han creado un modelo que cuantifica la sensibilidad de las hormigas al tránsito peatonal y predice cuándo una colonia se unirá a un obstáculo y cuándo lo hará. decidir, en cierto sentido, que es mejor dar la vuelta.

"Estamos tratando de averiguar si podemos predecir cuánto atajo harán las hormigas dada la geometría de su entorno", dijo Garnier.

La evolución ha equipado aparentemente a las hormigas del ejército con el algoritmo correcto para la construcción de puentes sobre la marcha. Los investigadores que trabajan para construir enjambres de robots simples todavía están buscando las instrucciones que les permitan a sus máquinas baratas realizar hazañas similares. Un desafío al que tienen que enfrentarse es que la naturaleza hace que las hormigas sean más confiables, y a un costo menor, que los humanos pueden fabricar enjambres de bots, cuyas baterías tienden a morir. Un segundo es que es muy posible que exista más comportamiento de hormigas gobernantes que dos reglas simples.

"Describimos hormigas del ejército como simples, pero ni siquiera entendemos lo que están haciendo. Sí, son simples, pero tal vez no sean tan simples como la gente piensa ", dijo Melvin Gauci, un investigador de la Universidad de Harvard que trabaja en la robótica de enjambres.