211service.com
På myrors rygg
Med utgångspunkt i biologins kemi har forskare från Humboldt University i Tyskland utarbetat ett sätt för elektroniska agenter att effektivt sammansätta ett nätverk utan att förlita sig på en central plan.
Forskarna bygger sin idé på metoderna för insekter och andra livsformer vars kommunikation saknar central planering, men som lyckas bilda nätverk när individer utsöndrar och reagerar på kemiska spår.
Forskarna fann att det som fungerar för myror och bakterier också fungerar för autonoma bitar av datorkod. Idén är inspirerad av kemotaktiska modeller för att spåra spårbildning som finns allmänt i insekter, bakterier, [och] slemmögel, säger Frank Schweitzer, docent vid Humboldt University och en forskarassistent vid Fraunhofer Institute for Autonomous Intelligence Systems i Tyskland.
Verket skulle så småningom kunna användas för självmonterande kretsar, grupper av samordnade robotar och adaptiva cancerbehandlingar, enligt Schweitzer.
Insekter, bakterier och slemmögelsamhällen samordnar tillväxtprocesser baserat på interaktioner mellan kemiska spår som lämnats efter av individer. Forskarna satte upp ett liknande nätverk med hjälp av en datorsimulering av elektroniska agenter som rör sig slumpmässigt över ett rutnät som innehåller oanslutna nätverksnoder.
Istället för att bestämma strukturen för ett nätverk i en hierarkisk planering uppifrån och ner, hittade agenter noder och skapade förbindelser i en nedifrån-och-upp-process av självorganisering.
När ett medel hände på en nod började det producera ett av två simulerade kemiska spår i en takt som minskade med tiden. Styrkan i kemikaliespåret bleknade också med tiden. Nyckeln till det självmonterande nätverket är att medlen dras till de kemiska spår som andra agenter lägger upp.
Forskarnas modell innehåller två typer av nätverksnoder - blå och röd. Varje agent börjar som ett grönt medel, som inte sätter några kemiska spår och reser slumpmässigt. När en agent händer på en blå nod blir den blå, och när en agent händer över en röd nod blir den röd. Röda och blåa medel lägger ner kemiska spår som lockar till sig medel av motsatt färg.
Med tiden ändras modellen från många gröna agenter som reser slumpmässigt till färgade agenter som rör sig bland noder som trafik i ett nätverk. Du ser ett nätverk som kopplar ihop nästan alla närliggande noder, sa Schweitzer.
Den kemiska metoden löser samtidigt de två grundläggande problemen med nätverkssjälvupptäckande noder och upprättande av länkar mellan noder, sa Schweitzer.
Den här typen av nätverk åtgärdar snabbt fel och störningar, sa Schweitzer. Om nodernas position ändras justeras nätverket därefter. Om en länk bryts kommer den att återställas mycket snabbt.
Resultaten bör hjälpa ansträngningar att använda virtuella feromoner för att samordna datoragenter och verkliga robotar, sa Schweitzer. Feromoner är kemikalier som används av myror i deras nätverk. Samma principer kan användas för att utveckla självmonterande elektroniska kretsar från byggstenar som nanotrådar, sa han.
Självmonterande nätverk är viktigt, säger Tamas Vicsek, fysikprofessor vid Eotvos universitet i Ungern. Faktum är att nätverk som Internet sätts samman kontinuerligt baserat på deras faktiska prestanda, sa han.
Viksek sa att Humboldt-forskarnas modell kan provocera fram användbara insikter för dem som driver nätverk. Medan andra nätverksdesigner också ändrar sina strukturer som en funktion av tid och andra parametrar, skiljer Humboldt-teamet sin modell åt genom att introducera agenter - en fin touch, enligt Viksek. Men, tillade han, modellen är för närvarande för komplicerad för att användas brett.
Det här är en riktning som är värd att utvecklas vidare, sa han.
Schweitzers forskarkollegor var Sankt Augustin och Benno Tilch från Humboldt University. De publicerade forskningen i numret 21 augusti 2002 av Fysisk granskning E. Forskningen finansierades av Humboldt University.