CapÃtulo 2 : Comportamiento de enjambre
El comportamiento de enjambre, también conocido como enjambre, es un comportamiento colectivo que es mostrado por organismos, especialmente animales, de tamaño comparable que se agregan, a veces girando alrededor del mismo lugar o posiblemente moviéndose en masa o migrando en alguna dirección. El enjambre también puede denominarse enjambre. Es un tema que se nutre de muchos campos de estudio diferentes. Enjambre es una palabra que se usa con mayor frecuencia en referencia a los insectos; Sin embargo, es aplicable a cualquier otro objeto o animal que demuestre un comportamiento consistente con el enjambre. La palabra pastoreo se puede usar para referirse al comportamiento de enjambre en tetrápodos, mientras que los términos cardumen o cardúmenes se pueden usar para referirse al comportamiento de enjambre en los peces. Los términos bandada y murmuración se pueden utilizar para referirse particularmente al comportamiento de enjambre en las aves. A pesar de que el fitoplancton se clasifica como algas y no es capaz de locomoción por sí solo como los mamíferos, se reúnen en enjambres masivos que se conocen como floraciones. La palabra "enjambre" también se puede usar para referirse a cosas inanimadas que se comportan de manera similar, como un enjambre de robots, un enjambre de terremotos o un enjambre de estrellas. Este uso se produce a modo de extensión.
Cuando se ve desde una perspectiva más teórica, el comportamiento del enjambre puede conceptualizarse como el movimiento coordinado de un gran número de unidades que se mueven de forma autónoma. Este software crea una simulación de agentes simples llamados booides, que son libres de deambular siempre que se adhieran a un conjunto predeterminado de pautas. El comportamiento de las aves en bandadas fue la principal inspiración del modelo cuando se desarrolló por primera vez, pero también se puede utilizar para estudiar el comportamiento de los bancos de peces y otras criaturas en enjambre.
El modelado del comportamiento del enjambre ha sido más popular entre los científicos en las últimas décadas como un medio para obtener un conocimiento más profundo del comportamiento.
Se utilizaron modelos matemáticos en las primeras investigaciones sobre el comportamiento de los enjambres con el fin de imitar y comprender mejor el comportamiento. Los animales individuales en los modelos matemáticos más simples de enjambres de animales a menudo se representan como adheridos a tres leyes:
Sigan el ejemplo de sus vecinos y vayan por el mismo camino.
Mantener una relación sólida con sus vecinos.
Manténgase alejado de sus vecinos para evitar accidentes.
Craig Reynolds desarrolló el software informático boids en 1986; Es capaz de simular el comportamiento de los enjambres siguiendo las pautas antes mencionadas. Numerosos modelos posteriores, así como los que se utilizan actualmente, hacen uso de variantes de estos criterios, a menudo ejecutándolos mediante el uso de "zonas" circulares alrededor de cada animal. Dentro de la "zona de repulsión", que está bastante cerca del animal, el animal concentrado intentará crear espacio entre él y sus vecinos para evitar una colisión. El animal focal se esforzará por hacer coincidir su dirección de movimiento con la de sus vecinos algo más lejanos, en el área conocida como la "zona de alineación". Dentro de la parte más distante de la "zona de atracción", que se extiende tan lejos del animal focal como es capaz de sentir, el animal focal querrá acercarse a uno de sus vecinos.
La gama de habilidades sensoriales que posee una especie en particular siempre tendrá un impacto en la forma de estas zonas. Por ejemplo, el campo de visión de un pájaro no se extiende más allá de su cuerpo, por lo tanto, los pájaros no pueden ver detrás de sí mismos. Los peces dependen no solo de la visión, sino también de las percepciones hidrodinámicas que se envían a través de sus líneas laterales, mientras que el krill antártico depende no solo de la visión, sino también de las señales hidrodinámicas que se transmiten a través de sus antenas.
Por otro lado, investigaciones recientes sobre bandadas de estorninos han demostrado que cada ave ajustará su ubicación en relación con los seis o siete animales que están inmediatamente a su alrededor, independientemente de cuán cerca o qué tan lejos estén esos otros animales.
Los científicos han recurrido a modelos evolutivos que replican poblaciones de criaturas en evolución para obtener información sobre por qué los animales adquieren comportamientos de enjambre. Estos modelos están destinados a ayudar a los científicos a comprender por qué los animales evolucionan hacia comportamientos de enjambre. En la mayoría de los casos, estas investigaciones replican la evolución a lo largo de varias generaciones mediante el uso de un algoritmo genético. Estos estudios han estudiado una gama de posibilidades, como la hipótesis de la manada egoísta, en un esfuerzo por explicar por qué los animales adoptan comportamientos de enjambre.
Mach, Roberto; Schweitzer, Frank (2003). "Modelo Multi-Agente de Enjambre Biológico". Avances en la vida artificial. Apuntes de Informática, Vol. 2801, pp. 810-820. Citar SeerX 10.1.1.87.8022. doi:10.1007/978-3-540-39432-7_87. ISBN 978-3-540-20057-4.
La idea de emergencia, que establece que las propiedades y funciones que se encuentran en un nivel jerárquico no están presentes y son irrelevantes en los niveles inferiores, es con frecuencia un principio fundamental que subyace a los sistemas autoorganizados. Este concepto establece que los niveles superiores de una jerarquía contienen más información que los niveles inferiores. Las colonias de hormigas sirven como una excelente ilustración de cómo la autoorganización puede conducir a la aparición en el mundo natural. Este proceso se estudia ampliamente en el campo de la biología. La reina no da instrucciones directas a las hormigas, ni les instruye sobre lo que deben hacer. En cambio, cada hormiga responde a los estímulos en forma de olores químicos de larvas, otras hormigas, intrusos, comida y acumulación de desechos dejando un rastro químico que, a su vez, da un estímulo a otras hormigas. Estos olores químicos pueden provenir de otras hormigas, intrusos, comida o acumulación de desechos. En este escenario, cada hormiga individual opera como una unidad autosuficiente que responde solo en función de las condiciones de su entorno inmediato y las leyes que están genéticamente programadas para su variedad. Las colonias de hormigas muestran comportamientos complicados, e incluso los investigadores han demostrado que son capaces de resolver problemas geométricos, a pesar de que no existe una autoridad centralizada para tomar decisiones por la colonia. Por ejemplo, es una práctica habitual que las colonias localicen el punto más alejado de todas las entradas de las colonias en el que puedan deshacerse de los cadáveres.
La idea de la estigmatización es otra importante en el ámbito de la inteligencia de enjambre.
El comportamiento colectivo de los sistemas descentralizados y autoorganizados, ya sean naturales o artificiales, se conoce como inteligencia de enjambre. La idea se utiliza en las investigaciones que se están realizando sobre inteligencia artificial. En el área de los sistemas robóticos celulares, Gerardo Beni y Jing Wang fueron los primeros en utilizar este término en el año 1989.
Los sistemas de inteligencia de enjambre a menudo se componen de una población de agentes básicos, como los boids, que interactúan localmente entre sí, así como con su entorno. Los agentes siguen reglas muy simples, y aunque no existe una estructura de control centralizada que dicte cómo deben comportarse los agentes individuales, las interacciones locales y hasta cierto punto aleatorias entre dichos agentes conducen a la aparición de un comportamiento global inteligente que es desconocido para los agentes individuales. En otras palabras, los agentes desconocen el comportamiento global inteligente que está emergiendo del sistema.
La investigación sobre la inteligencia de enjambre se basa en una variedad de campos. La investigación sobre enjambres puede dividirse en dos categorías: la investigación de enjambres naturales, que investiga sistemas biológicos, y la investigación de enjambres artificiales, que investiga artefactos humanos. Además, hay una corriente científica que está trabajando en modelar los propios sistemas de enjambre y obtener una comprensión de los mecanismos que se encuentran debajo de ellos. También hay una corriente de ingeniería que está trabajando en la aplicación de los descubrimientos realizados por la corriente científica a la resolución de problemas prácticos en otros campos.
Los algoritmos de enjambre pueden utilizar un enfoque lagrangiano o euleriano para resolver problemas.
El comportamiento de las hormigas sirvió como base para el desarrollo de un algoritmo popular conocido como optimización de colonias de hormigas, que ha demostrado ser un método eficiente para resolver problemas de optimización discreta asociados con el enjambre.
Las hormigas no son muy inteligentes en su comportamiento, sin embargo, trabajando juntas, pueden realizar tareas difíciles. La comunicación entre hormigas se basa en sistemas de signos muy evolucionados y complejos.
Las feromonas son el medio por el cual las hormigas se comunican entre sí; También dejan rastros que otras hormigas pueden seguir.
Las hormigas con dificultad de enrutamiento segregan una variedad de feromonas, que se utilizan para determinar la ruta "más rápida" desde el origen hasta el destino (s).
Rauch, EM; Millonas,...
