Муравьи – изобретатели Интернета?

Кто изобрел Интернет? В памяти всплывают имена ученых и названия научных организаций, «приложивших руку» к созданию, внедрению и развитию «всемирной паутины». Однако часто бывает, что новое – это хорошо забытое старое. Очень многое из того, что человек изобретает «собственным умом» можно встретить в природе.

Как утверждают исследователи из Стэнфордского университета, вполне возможно, что основополагающие принципы, положенные в основу глобальной сети, задолго до людей «разработали» и научились использовать насекомые. Профессор биологии Дебора Гордон (Deborah Gordon) и профессор компьютерных наук Балайи Прабхакар (Balaji Prabhakar) считают, что красные муравьи-жнецы (Pogonomyrmex barbatus) используют в своей жизни те самые принципы, по которым построен протокол передачи данных ТСР (Transmission Control Protocol).

Муравьиное сообщество принято считать жесткой автократией, где во главе общества стоит матка-царица, а все остальные муравьи на своих местах обречены пожизненно делать одну и ту же работу, подчиняясь командам сверху. На самом деле в муравейнике никто никому не подчиняется, никто ни за что не отвечает, и никто никого не контролирует. Однако каждый муравей самостоятельно выполняет свои обязанности, определяемые инстинктом. Возникает закономерный вопрос, каким образом муравей узнает, что именно ему надо делать в конкретный момент?

Ученые пришли к выводу, что действия муравьев подчинены определенным алгоритмам. Как и компьютеры, они следуют набору простых правил, типа «делай это, если произойдет то».

Например, в поисках пищи каждое утро из муравейника отправляются разведчики муравьев-жнецов. Муравьи, выполняющие обязанности фуражиров ждут их возвращения. Если возвращается большое количество разведчиков, это служит сигналом для того, чтобы на уборку урожая отправилась большая партия жнецов, чтобы пройдя по следам утренних патрулей найти нужное место. Но пока разведчиков нет, или их вернулось слишком мало, фуражиры дожидаются их, сидя в муравейнике.

Заманчиво предположить, будто разведчики «рассказывают», что нашли достаточное количество еды. Но на самом деле фуражиры просто подчиняются алгоритму, реагируя на то, с чем им приходится сталкиваться.

Алгоритмы эти подмечены уже давно, и даже используются для компьютерного моделирования оптимизации операций. Дебора Гордон наблюдала за поведением муравьев 20 лет, пока не решила поделиться наблюдениями с Балайи Прабхакаром.

Последний подметил необычное сходство алгоритмов муравьиного поведения с алгоритмами коммуникационного протокола ТСР. «На следующий день мне пришло в голову, что это - почти то же самое, что и Интернет! Протоколы узнают ширину полосы пропускания, доступную для передачи файла, а муравьи определяют, как много есть пищи для сбора. По существу это то же, что и протокол ТСР» - рассказывает профессор.

Алгоритм ТСР управляет обработкой данных в сети. Компьютер преобразует файл в набор пакетов импульсов и отправляет их на другой компьютер. Второй компьютер возвращает подтверждение для каждого полученного пакета. Если подтверждение приходит быстро, то передающий компьютер ускоряет передачу, если медленно – наоборот, замедляет.

Похожим образом работают и муравьи – фуражиры. Сборщики не возвращаются в муравейник до тех пор, пока не найдут еду. Если еды много, большое количество их возвращается быстро, тогда на работу отправляется еще больше муравьев. Если сборщиков возвращается мало, то вновь на промысел отправляется меньшее количество рабочих.

И в сети Интернет, и в муравьиной колонии все сводится к одному фактору, доступной пропускной способности. Разница лишь в том, что люди стали использовать такой алгоритм относительно недавно, в то время как муравьи пользуются им на протяжении миллионов лет.

Алгоритмы схожи даже в мелочах. Например, в ТСР есть быстрые и медленные фазы. В начале передачи протокол отправляет большое количество пакетов, чтобы определить доступную полосу пропускания, а затем, в зависимости от поступления подтверждений, регулирует скорость отправки.

Муравьи поступают так же. Вначале на работу отправляется большая партия сборщиков, а затем их отправка регулируется в зависимости от наличия пищи. Если задержка с получением подтверждения слишком велика, то ТСП совсем прекращает передачу, а муравьи не выходят из муравейника, если посланные сборщики слишком долго не возвращаются.

По материалам Stanford University

Комментарии: