Muștele de fructe au rezolvat o problemă de calcul care i-a supărat pe informaticieni de zeci de ani. Imitând modul în care unele celule nervoase ale muștelor aleg un lider pentru a lua decizii, i-a condus pe oamenii de știință la un algoritm de computer care ar putea face rețelele de senzori fără fir, cum ar fi cele utilizate pentru monitorizarea activității vulcanice sau controlul roiurilor de roboți, mult mai eficiente.
În astfel de rețele inteligente, unii senzori pot acționa ca lideri pentru a alerta sediul central dacă, de exemplu, un anumit număr dintre ei detectează zgomote care indică faptul că un vulcan s-ar putea trezi. Noua abordare, publicată în 13 ianuarie Ştiinţărealizează aceleași relații lider-follower, dar elimină o mulțime de discuții între senzori, economisind energie și putere de calcul.
Prezentarea unui coleg despre modul în care celulele nervoase de la muștele de fructe preia diferite locuri de muncă l-a lovit pe biologul de calcul Ziv Bar-Joseph ca fiind foarte asemănătoare cu o problemă de calcul distribuit. În calculul distribuit, multe procesoare de computer lucrează împreună pentru un obiectiv comun, dar cu un lider minim. O mână de procesoare – de obicei cele cu multe procesoare învecinate – sunt desemnați lideri și configurați să primească informații de la procesoarele din jurul lor și să le transmită mai departe.
„Oamenii din domeniul informaticii au făcut presupuneri despre ceea ce trebuie să știe senzorii”, spune Bar-Joseph, cercetător la Universitatea Carnegie Mellon din Pittsburgh, care a condus noua lucrare. Dar celulele în curs de dezvoltare își stabilesc rețelele fără să știe prea multe despre vecinii lor, spune el. „Ei lucrează într-un mediu mult mai restrâns și totuși vin cu soluții.”
Titluri Știri științifice, în căsuța dvs. de e-mail
Titluri și rezumate ale celor mai recente articole Știri științifice, livrate în căsuța dvs. de e-mail în fiecare joi.
multumim pentru inregistrare!
A apărut o problemă la înregistrarea dvs.
Când larvele de muște a fructelor se dezvoltă, unele celule își asumă sarcini speciale, cum ar fi să devină un precursor al perilor senzoriali pe care muștele le folosesc pentru a citi aerul din jurul lor. Fiecare fir ajunge să fie înconjurat de celule fără peri. Acest aspect, în care există suficiente celule specializate, sau lideri, dar nu sunt doi unul lângă celălalt, este foarte asemănător cu modul în care sarcinile sunt împărțite în rețele distribuite, spune Bar-Joseph.
Timp de 30 de ani, informaticienii au crezut că pentru a desemna cel mai eficient o mână de procesoare ca lideri care pot comunica rapid cu restul rețelei, fiecare procesor trebuia să facă un bilanț al vecinătății sale locale. Apoi, unii procesoare s-ar identifica ca lideri, pe baza parțial pe câte conexiuni au cu alți procesoare.
Celulele nervoase tinere ale muștei fructelor nu știu neapărat câte celule sunt în vecinătatea lor, dar reușesc să se dezvolte în peri senzoriali distribuiți corespunzător. Odată ce o celulă se alege ca peri, ea trimite un semnal proteic care inhibă celulele învecinate să devină peri.
Trucul muștelor constă în folosirea timpului în loc de un recensământ de cartier pentru a determina care celulă devine un fir, relatează Bar-Joseph și colegii săi. Pe măsură ce trece timpul, dacă o celulă nu a primit o directivă de a nu deveni peri, ea devine o peri, la fel de simplu. Noul algoritm arată că rețelele de senzori ar putea face același lucru, fără a cheltui timp și energie culegând toate acele informații despre câți senzori sunt în apropiere, spune Bar-Joseph.
„Acum nu mai trebuie să știi despre cartier”, spune Bar-Joseph. „Fiecare senzor poate fi aproape de cinci sau 500 de senzori și nu trebuie să știe nimic.”
Abordarea este „o încântare”, spune Mark Fricker de la Universitatea Oxford din Anglia, care folosește comportamentul mucegaiului pentru a construi rețele mai eficiente. „Ei au luat un sistem de dezvoltare biologică foarte bine stabilit și au demonstrat că poate fi reformat într-un cadru de calcul pentru a rezolva o problemă existentă în mod eficient și eficient.”