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Las hormigas enseñan a los humanos a mejorar las carreteras

Científicos suecos descubren los secretos de sus redes de transporte, utilizando modelos y campos matemáticos


Utilizando modelos y cuerpos o campos matemáticos, un equipo de investigadores de la Universidad de Uppsala (Suecia) ha establecido las reglas básicas que permiten a las hormigas construir redes de transporte de coste bajo y eficiente. Sus hallazgos podrían aplicarse a la mejora de las redes de transporte humanas, pero también de las redes de comunicación.





Utilizando modelos y cuerpos o campos matemáticos, un equipo de investigadores del departamento de matemáticas de la Universidad de Uppsala (Suecia) ha establecido las reglas básicas que permiten a las hormigas  construir redes de transporte de coste bajo y eficiente, sin descartar la robustez (que puedan soportar una gran cantidad de tráfico). Su estudio ha sido publicado en The Journal of Royal Society Interface.

Vivimos en un mundo profundamente interconectado. Hoy día, las redes de transporte son fundamentales para el intercambio de recursos e información de un lugar a otro, y de una persona a otra.

Cada día viajamos por carreteras, utilizamos la electricidad y el agua (que también se mueven por redes) o nos conectamos a Internet (una red de información) para leer sobre hechos acaecidos en la otra punta del mundo.

Por otra parte, casi todo el mundo en su vida ha experimentado alguna vez algún fallo en alguna de esas redes. La ruptura de un cable, por ejemplo, puede ser suficiente para que falte la luz a una urbanización entera. Sin embargo, resulta muy caro instalar nuevos cables o construir nuevas carreteras.

Las hormigas como fuente de inspiración

Tanto por los costes como por la necesidad de garantizar un estado óptimo en todos estos tipos de redes, los especialistas se afanan por desarrollar sistemas de transporte (por carretera, de información, etc.) eficientes y robustos, que no sean demasiado caros. Tratan así de encontrar la mayor eficiencia en el diseño de estas redes.

En este camino, han encontrado inspiración en la naturaleza, como en tantas otras ocasiones. En este caso, en el proceso  espontáneo de formación de redes de transporte de las hormigas.

Para ello, los científicos de la Universidad de Uppsala analizaron durante dos años a las hormigas. De este modo, obtuvieron un gran conjunto de datos sobre varias redes de caminios construidos por una especie de hormiga concreta, la hormiga de la carne
(Iridomyrmex purpureus), que es natural de Australia. Las rutas de estas hormigas sirven para conectar diferentes nidos repartidos por un amplio territorio, de hasta 650 metros.

"Lo sorprendente de estas hormigas es que no se basan en la ingeniería para planificar sus redes. A pesar de ello, son capaces de encontrar un equilibrio específico entre coste, eficiencia y robustez", explica Tanya Latty, una de las autoras de la investigación, en un comunicado de Eurekalert!

Aplicaciones humanas

Además de recoger datos sobre las rutas de estas hormigas, los investigadores desarrollaron un modelo matemático para entender cómo se habían formado estas redes.

Así, utilizando simulaciones numéricas, lograron identificar un mecanismo general de minimización de costes locales como regla básica de composición de estas redes de transporte. Sorprendentemente, dicha regla propicia el equilibrio entre los objetivos de diseño de las rutas en competencia.

El estudio mostró, por ejemplo, que cuando construyen un nuevo nido, las hormigas lo conectan al nido más cercano disponible y, posiblemente, a un árbol, que es donde se alimentan las hormigas, si no está demasiado lejos.

"Una vez descubierto lo que hace la naturaleza, tratamos de aplicar las mismas reglas simples para predecir lo que sucedería en redes humanas a las que se aplicase esa regla (de las hormigas)", explican los científicos suecos.

Por ejemplo, si se construyese un nuevo barrio residencial, bastaría con conectarlo a la zona de la ciudad más cercana para asegurar que su red de energía resulta relativamente barata, pero también muy eficiente a largo plazo.  Por otra parte, la robustez de esa red podría aumentarse o disminuirse cambiando la frecuencia con la que se conectan nuevos suburbios a centros de servicio, en este ejemplo específico para plantas de energía.

Una curiosidad añadida

Además de construir redes de transporte altamente eficaces, las hormigas saben bien cómo aumentar la eficiencia de sus desplazamientos a nivel individual.

Según un estudio
realizado en 2006 por científicos británicos estos animalitos tienen un sistema de enseñanza formal que consiste en que las hormigas que conocen una ruta hacia el alimento, por ejemplo, señalan a otras el camino a seguir y esperan por ellas para que puedan memorizar la ruta. Además, estas hormigas sólo avanzan cuando las segundas señalan con golpes de sus patas que han aprendido la lección.

Más allá de las implicaciones "educativas" de este otro hallazgo (que, según sus autores, constituye la primera demostración de enseñanza formal reconocida en el mundo animal ), esta capacidad de las hormigas indicaría que la eficiencia de las redes es enriquecida también por el papel de los individuos que las usan, algo de lo que quizá también podría aprenderse en el futuro.
 

Referencia bibliográfica:

Bottinelli A, van Wilgenburg E, Sumpter DJT, Latty T.  Local cost minimization in ant transport networks: from small-scale data to large-scale trade-offs. The Journal of Royal Society Interface (2015). DOI: 10.1098/rsif.2015.0780.
 


Jueves, 22 de Octubre 2015
Redacción T21
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