Cinco paradigmas biológicos y sus aplicaciones en Internet

vía ALT1040 de Alan Lazalde el 22/05/11

Aunque el ingenio humano pueda crear invenciones varias […] nunca producirá ninguna invención más bella, ni más simple, ni más apropiada que las que hace la Naturaleza; por que en sus invenciones nada falta, ni nada es superfluo

— Leonardo da Vinci

La historia de la humanidad está plagada de invenciones inspiradas en la naturaleza: desde helipcópteros basados en libélulas, radares en murciélagos, sonares en delfines, hasta maquillaje fotosensible inspirado en mariposas, así como mil y un inventos más donde Internet no es la excepción.

En los últimos años la comunidad científica ha acelerado la producción de resultados de inspiración biológica para su aplicación en la red de redes. Lo que sigue a continuación es apenas una pequeña compilación, un bocado mínimo pero suficiente para los más curiosos, quienes con toda seguridad vislumbrarán el enjambre de posibilidades que la naturaleza tiene preparada para Internet —por cierto, encontrarán mucha, pero mucha más información en BIONETS.

1. Inteligencia de enjambre

Entiéndase por enjambre un multitud de animales, sobre todo insectos, de los que emerge una conducta colectiva caracterizada por ser descentralizada y auto organizada. Hormigas, abejas, avispas, polillas, termitas; todos estos insectos presentan este tipo particular de inteligencia. Las colonias de hormigas, por ejemplo, han inspirado algoritmos para el encaminamiento de paquetes en la red. Los sistemas P2P son sistemas auto organizados por naturaleza y por lo tanto ideales para implementar en ellos algoritmos de abejas, por decir algo. Lo que sigue es una simulación donde se ve a las hormigas dejando rastros de feromona para comunicar, poco a poco, el camino más corto —el óptimo— para llevar comida a casa.

La auto organización vista en bancos de peces

y bandadas de aves

también es motivo de estudio en Inteligencia Artificial y Sistemas Distribuidos para su aplicación en Internet y otro tipo de redes.

2. Sincronización de libélulas

Uno de los problemas más complicados de resolver en sistemas masivamente distribuidos como Internet es la sincronización precisa de eventos. Por ejemplo, imaginen por un instante los apuros por lo que debe pasar el diseñador de un protocolo que sincronice la hora de millones de relojes distribuidos por todo el planeta. En biología en bien conocido que las libélulas luminiscentes siguen principios de sincronización basadas en osciladores acoplados mediante pulsos, un comportamiento que una vez modelado de forma matemática ha sido implementado en redes inalámbricas.

3. Información epidémica

La propagación de epidemias es un tema con décadas de estudio en matemáticas. Los modelos matemáticos para representarlas son bien conocidos y fuente de inspiración para algoritmos de difusión de información en Internet —como en redes inalámbricas—. Esto es, en protocolos de encaminamiento (routing). Por otra parte, los modelos epidemiológicos también han servido para modelar la propagación de virus informáticos con cierto éxito. Es vídeo muestra la simulación de este concepto; observen cómo el mensaje se transmite desde el emisor (rojo) hasta el receptor (azul) a través de una red de contagios.

4. Sistemas inmunes

La naturaleza no puede explicarse sin la existencia de virus y la defensa aguerrida contra ellos. En la informática sucede algo similar. Lo cierto es que la naturaleza tiene varios niveles de defensa que en conjunto la ciencia nombra como sistemas inmunes, donde conviven/luchan antígenos y patógenos. ¿Qué hay de la informática? En una red, por ejemplo, es posible emular esas capas de protección con firewalls y sistemas de detección de intrusos. En las ciencias de la computación esto se conoce como Sistema Inmune Artificial, con diversas aplicaciones en sistemas distribuidos.

5. Quimiotaxis

Se habla de quimiotaxis cuando un grupo de organismos uni o multicelulares responden a un estímulo. La respuesta puede ser un movimiento coordinado; el estímulo, cierta concentración de químicos en el ambiente. El óvulo se vale de la quimiotaxis para atraer hordas de espermatozoides de forma controlada. Este comportamiento celular ha inspirado la creación de una técnica llamada datataxis, es decir, donde el estímulos son los datos y los protagonistas son agentes informáticos entrenados para tal fin e inmersos en una red. Este paradigma es relativamente nuevo, pero con promisorias aplicaciones en redes de datos.

Imagen: neurollero | Red neuronal

Cinco paradigmas biológicos y sus aplicaciones en Internet escrita en ALT1040 el 22 May, 2011 por alan.lazalde