Ujawniono algorytmy internetowe: tak jak mrówki

Inżynierowie czasami zwracają się do natury w poszukiwaniu inspiracji. Profesor nadzwyczajny Cold Spring Harbor Laboratory Saket Navlakha i naukowiec Jonathan Suen odkryli, że algorytmy regulacji — ten sam proces kontroli ze sprzężeniem zwrotnym, za pomocą którego Internet optymalizuje ruch danych — są wykorzystywane przez kilka naturalnych systemów do wykrywania i stabilizacji zachowań, w tym kolonii mrówek, komórek i neurony.       

Inżynierowie internetowi rozsyłają dane na całym świecie w małych pakietach, które są analogiczne do mrówek. Jak wyjaśnia Navlakha:

„Celem tej pracy było zebranie pomysłów z uczenia maszynowego i projektowania Internetu oraz powiązanie ich ze sposobem, w jaki żerują kolonie mrówek”.

Ten sam algorytm, którego używają inżynierowie Internetu, jest używany przez mrówki, gdy zbierają pożywienie. Na początku kolonia może wysłać pojedynczą mrówkę. Kiedy mrówka wraca, dostarcza informacji o tym, ile dostała pożywienia i ile czasu zajęło jej zdobycie. Kolonia wysłała wtedy dwie mrówki. Jeśli wrócą z jedzeniem, kolonia może wysłać trzy, potem cztery, pięć i tak dalej. Ale jeśli dziesięć mrówek zostanie wysłanych i większość nie wróci, to kolonia nie zmniejszy wysyłanej liczby do dziewięciu. Zamiast tego zmniejsza liczbę o dużą liczbę, wielokrotność (powiedzmy połowę) tego, co wysłał wcześniej: tylko pięć mrówek. Innymi słowy, liczba mrówek powoli się sumuje, gdy sygnały są pozytywne, ale spada dramatycznie, gdy informacje są negatywne. Navlakha i Suen zauważają, że system działa nawet wtedy, gdy poszczególne mrówki się gubią, i działa równolegle z określonym rodzajem „algorytmu addytywnego-wzrostu/multiplikatywnego-zmniejszenia” używanego w Internecie.

Suen uważa, że ​​mrówki mogą zainspirować nowe sposoby ochrony systemów komputerowych przed hakerami lub cyberatakami. Inżynierowie mogą naśladować sposób, w jaki przyroda wytrzymuje szereg zagrożeń dla zdrowia i żywotności. Suen wyjaśnia:

„Wykazano, że natura jest niezwykle wytrzymała w wielu aspektach, reagując na zmieniające się środowisko. W cyberbezpieczeństwie [jednak] odkrywamy, że wiele naszych systemów można manipulować, można je łatwo złamać i po prostu nie są one odporne. Chcemy przyjrzeć się naturze, która przetrwała wszelkiego rodzaju klęski żywiołowe”.

Podczas gdy Suen planuje zastosować naturalne algorytmy w programach inżynieryjnych, Navlakha chciałby sprawdzić, czy rozwiązania inżynieryjne mogą oferować alternatywne podejścia do zrozumienia regulacji genów i kontroli sprzężenia zwrotnego układu odpornościowego. Navlakha ma nadzieję, że „udane strategie w jednej sferze mogą prowadzić do ulepszeń w drugiej”.