Insekti i high tech

Naučnici rade na novim tehnologijama koje su inspirisane izučavanjem mrava, što pojedinačnih, što kolonija.

Mravi fasciniraju ljude već vekovima. Glavni razlog zašto bi napredan organizam kao što je čovek toliko često povlačio paralele između sebe i ovih jednostavnih insekata je njihova organizovanost. Kao mi, mravi žive u velikim naseljima koja sami izgrađuju i pažljivo planiraju, koordinisano rade ka ispunjavanju zajedničkih ciljeva, uzgajaju useve pa čak i ratuju. Naučnici odavno nalaze inspiraciju za nove tehnologije u prirodi. Kod mrava, to može da bude njihova fiziologija, ali mnogo zanimljivija je pomenuta mravlja organizovanost. Prema arheološkim istraživanjima moderan čovek, Homo sapiens, postoji oko 200.000 godina, a tek u poslednjih 12.000 godina počeli smo sa uzgajanjem useva i organizovanjem u veće grupe. S druge strane, mravi su se razvili u periodu Krede, pre oko 130 miliona godina od predaka sličnih osama koji su već bili kolektivno organizovani. Od tada do danas, mravi su samo usavršavali efikasne sisteme zbog kojih su njihova društva među najuspešnijima na planeti. Baš zato se stručnjaci od programera do astroinženjera zanimaju za njihove „tehnologije„.

Hijerarhija?

Naučnici su klasifikovali na hiljade vrsta mrava i podelili žitelje unutar mravinjaka analogno onima u ljudskim društvima. Tu su razne vrste radnika, vojnici i neizbežna kraljica koja leže jajašca za sve jedinke u koloniji. Kod ljudi, ovakva podela dužnosti podrazumeva jasnu hijerarhiju i lanac komande u kom svi pažljivo izvršavaju naređenja izdata sa vrha. Zbog toga je naučnike fasciniralo otkriće da kod mrava nema hijerarhije. Kraljica obavlja važnu dužnost, ali nije „glavnokomandujući„ u kolektivu. Vojnici jesu veći i jači od radnika, ali nisu gospodari mravinjaka. Šta onda rukovodi ovim milionskim kolonijama? Specifičan način prenošenja informacija i čvrsto praćenje jednostavnog seta instrukcija.

Osnovni način komunikacije među mravima je hemijski, putem feromona. Svaki mrav koji se udaljava od mravinjaka otpušta feromone praveći svojevrsni hemijski putokaz stazom kojom se kreće. Ako naiđe na hranu, mrav otpušta feromone i kada se vraća u koloniju sa plenom čime se hemijski signal pojačava, a ako se vraća „praznih„ ruku nema odašiljanja hemikalija. Što više mrava ide na neko mesto to je hemijski putokaz jači. Kada nešto napada koloniju mravi luče drugu vrstu feromona koja označava mete i priziva vojnike. Još jedan oblik komunikacije su tzv. strigilacije, visokofrekventne vibracije koje mrav proizvodi struganjem segmenata abdomena, a služe za prizivanje drugih mrava na mesta sa mnogo hrane što ubrzava optimalno iskorišćenje resursa. Kombinacijom ovih vidova komunikacije i jednostavnog skupa pravila ponašanja ogroman broj jedinki je u stanju da savlada kompleksne probleme. Biolozi ovo nazivaju kolektivna inteligencija. Stručnjaci za elektroniku i programeri vide mogućnost za unapređenje računarskih sistema.

Algoritmi

Danas svetom putuje više paketa nego ikada pre. Za usmeravanje ovih pošiljki koriste se programski sistemi sa ciljem da se što veći broj paket isporuči što jeftinije i brže. Kompanije koje koriste logiku kretanja mrava, zvanu Ant Colony Optimisation (Optimizacija tipa kolonije mrava), višestruko su efikasnije u svom delovanju. Kompanija Air Liquide koja se bavi isporukom gasa ima više od hiljadu cisterni i preko 10.000 klijenata na severnoameričkom kontinentu. Njihov računarski sistem koristi simulaciju kretanja virtuelnih mrava od skladišta do ciljeva za stvaranje najefikasnije rute za svaki radni dan. Slično tome, Američka avio-kompanija Southwest Airlines koristila je kompjutersku simulaciju ukrcavanja u avion gde su umesto putnika korišćeni virtuelni mravi. Otkriće je da se putnici brže smeštaju u avion ako nemaju označena mesta, nego da sami biraju mesto gde će da sednu. Southwest je primenio ovaj model na ljudima i tako je vreme ukrcavanja prepolovljeno.

Programeri ponekad koriste sisteme koji funkcionišu kod mrava milionima godina, a da za to i ne znaju. Način na koji TCP (Transmission Control Protocol) detektuje širinu protoka veze i sprečava zagušenje prilikom prenosa identičan je sistemu koji mravi koriste za regulaciju broja radnika koji iz mravinjaka idu ka izvoru hrane. Kako postoji više od 11.000 vrsta mrava, prilagođenih specifičnostima veoma raznolikih ekosistema, naučnici žele da otkriju sve specifičnosti njihove organizacije da bi isprobali primenu takvih sistema u organizaciji protoka podataka.

Mravi u svemiru!

Kompanija Clyde Space pravi CubeSat satelite (kocka 10 x 10 cm). U svakom specifičnom CubeSatu nalaze se brojni podsistemi koji moraju da budu povezani vodovima stanovite propustljivosti, a svaki kubni milimetar prostora je dragocen. Zahvaljujući simulatoru koji tretira električne vodove kao feromonske staze virtuelnih mrava dizajneri satelita nalaze rešenje koje će im uštedeti najviše prostora i mase bez obzira na raznolikost komponenata satelita. Sličan pristup može da se primeni i na interplanetarna putovanja i uštedi i gorivo i vreme istraživačkim letelicama. Ko zna šta sve možemo da naučimo i koja je primena sistema koje koriste hiljade za sada neizučenih vrsta mrava.

Dragan KOSOVAC