De hormigas a robots: el poder de la inteligencia colectiva
El cerebro de una hormiga tiene aproximadamente 250 000 neuronas, medio millón de veces más pequeño que el cerebro de un humano. Y lo cierto es que, si pensamos en una hormiga como individuo, se podría decir que no es un ser especialmente inteligente. Sin embargo, cuando estos insectos trabajan en equipo, son capaces de crear complejas estructuras usando incluso sus propios cuerpos. Organizándose sin necesidad de alguien que los coordine; funcionando con la precisión del mecanismo de un reloj. Pero ¿cómo son capaces de autoorganizarse? La clave está en la llamada swarm intelligence o inteligencia de enjambre.
Un ejército de alienígenas invasores amenaza la paz en la Tierra. Seres extraños se propagan sin control como una plaga de la que nadie conoce su origen. Derrotarlos es fácil, pues parecen carecer de toda inteligencia o voluntad, pero nos superan en número; se coordinan como un ejército perfectamente organizado y acuden sin cesar allí donde su red se ha visto herida. Y detrás de todo, una consciencia invisible los dirige y los conecta; una inteligencia oculta que esparce a sus súbditos por el territorio a conquistar…
Sin duda, la «mente colmena» es uno de los tópicos más explotados en ciencia ficción: el individuo no es nada; una pieza más, perfectamente prescindible. La importancia reside en el conjunto, el cual se extiende como si fuera un miembro del ente principal: el «cerebro» oculto que los controla para que cada uno cumpla su función.
Lo curioso es que este concepto que tanto éxito ha alcanzado en el ámbito cinematográfico se inspira en muchas sociedades de insectos. Pensemos, por ejemplo, en las hormigas. Todos sabemos que se organizan en colonias, donde encontramos una figura fundamental: la hormiga reina; la única hembra fértil que garantiza la formación y el mantenimiento de las colonias. Las hormigas obreras, por su parte, se encargan de recoger alimento, además de otras muchas funciones como proteger el hormiguero de posibles invasores. Porque en las colonias la organización es clave y cada individuo cumple su función para asegurar el éxito del grupo.
No hay un control central; no hay quien dicte las órdenes y, aun así, todos saben qué trabajo han de realizar y actúan en beneficio del conjunto. La reina solo pone los huevos, pero no dirige el comportamiento de las demás. Todo funciona sin la más mínima supervisión
Sin embargo, a diferencia de lo que la literatura o el cine describe sobre las «mentes colmena», estas sociedades creadas por las hormigas son completamente descentralizadas. Es decir, no hay un control central; no hay quien dicte las órdenes y, aun así, todos saben qué trabajo han de realizar y actúan en beneficio del conjunto. La reina solo pone los huevos, pero no dirige el comportamiento de las demás. Todo funciona sin la más mínima supervisión.
Tal vez esto nos resulte difícil de entender, pues si nos fijamos en cualquier sociedad formada por humanos, generalmente encontraremos una jerarquía. Sin embargo, ese comportamiento tan singular y aparentemente errático que podríamos observar en una simple hormiga que vaga por nuestro jardín, realmente responde a un objetivo mayor que carece de una orden o un plan preestablecido. Las hormigas se organizan para responder a las necesidades de la colonia. Y, si lo pensamos bien, esta forma de autoorganización no es tan difícil de encontrar en la naturaleza: desde la manera en que las células se disponen durante el desarrollo embrionario para formar las diferentes estructuras, hasta el funcionamiento de nuestro cerebro o la formación de bandadas de aves. Pero ¿cómo lo hacen?
Si hay escasez de comida, un mayor número de estos insectos saldrá en su búsqueda. Si detectan una brecha en el camino, se unirán unas a otras formando un puente que permita su paso y solo descompondrán la estructura hasta que dejen de sentir el tráfico sobre sus cabezas… Las colonias muestran una capacidad extraordinaria para adaptarse al entorno, resolviendo problemas complejos que una sola hormiga no podría afrontar. Esto lo consiguen gracias a una forma de inteligencia denominada «inteligencia colectiva», basada en las interacciones entre los individuos donde cada uno responde en base a la información local que recibe.
Ese comportamiento tan singular y aparentemente errático que podríamos observar en una simple hormiga que vaga por nuestro jardín, realmente responde a un objetivo mayor que carece de una orden o un plan preestablecido. Las hormigas se organizan para responder a las necesidades de la colonia
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Estos insectos, al igual que ocurre en humanos, tienen diferentes formas de comunicación. En particular, el tacto y el olfato juegan un papel esencial en la interacción entre hormigas. Por ejemplo, cuando una hormiga choca con otra, olfatea con sus antenas para saber si su compañera pertenece al mismo nido, qué actividad ha estado realizando y en qué lugares ha estado trabajando. Así, una hormiga recolectora podrá detectar, por ejemplo, el regreso de las hormigas patrulleras, encargadas de vigilar el terreno. Pero también puede recibir información de otras hormigas recolectoras: si estas tardan más en regresar al nido, probablemente la comida sea más escasa, lo que les permite evaluar si es óptimo o no enviar a más recolectores. Esto hace que la actividad de cada hormiga influya en sus vecinas, creando bucles de retroalimentación positivos o negativos que regulan sus acciones. De esta forma, cambios locales en el comportamiento de estos insectos se propagan rápidamente por toda la colonia como si se tratase de un gran, aunque diminuto, dominó. Así es como funciona la inteligencia de enjambre: individuos que siguen unas reglas muy simples, interaccionando entre sí en multitud de formas que dan como resultado un comportamiento de gran complejidad.
Lo llamativo de los sistemas descentralizados es que pueden seguir funcionando incluso si hay partes del mismo que fallan. Y aunque suene nuevamente a ciencia ficción, el comportamiento y la forma de comunicación de las hormigas ha servido también de inspiración en el mundo de la robótica.
Si detectan una brecha en el camino, se unirán unas a otras formando un puente que permita su paso y solo descompondrán la estructura hasta que dejen de sentir el tráfico sobre sus cabezas…
Uno de los mecanismos que se ha llegado a implementar es la comunicación mediante feromonas. Las hormigas usan estas señales químicas para alertar a otras hormigas cercanas de algún peligro o para crear un rastro que les permita guiar a sus compañeras por el sendero más corto o hacia la mejor fuente de alimento. Mientras caminan, van liberando estas feromonas, de manera que las demás son capaces de seguir el rastro, marchando en forma de largas columnas perfectamente organizadas.
Esta forma de comunicación se ha tratado de simular para producir robots que, aún siendo simples en términos de funcionamiento, son capaces de producir comportamientos grupales complejos, utilizando señales físicas que imitan la comunicación a través de señales químicas. Mediante la instalación de fotorreceptores y la emisión de luz, estos pequeños robots reciben la información de su entorno, dejando un rastro de feromonas —en este caso, un rastro de luz— que otros robots son capaces de detectar y seguir. Así, consiguen adaptar su comportamiento de forma completamente autónoma, funcionando como un enjambre. Esto es lo que se conoce como swarm robotics, la cual busca el diseño de sistemas formados por un gran número de robots que son capaces de actuar en equipo; capaces de trabajar en conjunto hacia un objetivo común, de manera que pueden ser programados como un todo, en lugar de actuar individualmente.
Esto es lo que se conoce como swarm robotics, la cual busca el diseño de sistemas formados por un gran número de robots que son capaces de actuar en equipo
Estos enjambres artificiales tienen el potencial de ser aplicados en la exploración de terrenos hostiles, en misiones de rescate, biorremediación o incluso en medicina. También se están desarrollando robots con la habilidad de autoensamblarse, basados en el comportamiento que muestran diferentes especies de hormigas guerreras capaces de formar torres, puentes o incluso un nido completo haciendo uso de sus cuerpos.
Como vemos, el comportamiento de estos pequeños insectos no solo podría ayudar a comprender cómo funciona la autoorganización de otros sistemas naturales, sino que además permite adoptar aptitudes aplicables en multitud de campos. No solo las hormigas, sino también las abejas, aves o peces muestran un comportamiento singular surgido de interacciones simples… Una vez más la complejidad de la propia naturaleza supera a la ciencia ficción y estudiar los sistemas aparentemente más sencillos puede darnos soluciones a los problemas más complejos.
Referencias:
Quantamagazine: The Remarkable Self-Organization of Ants.
Campo A, Gutiérrez A, Nouyan S, Pinciroli C, Longchamp V, Garnier S, Dorigo M. Artificial pheromone for path selection by a foraging swarm of robots. Biol Cybern. 2010;103(5):339-52.
Moffett, M.W., Garnier, S., Eisenhardt, K.M. et al. Ant colonies: building complex organizations with minuscule brains and no leaders. J Org Design. 2021; 10, 55–74.
Garnier S, Tâche F, Combe M, Grimal A, Theraulaz G. Alice in pheromone land: An experimental setup for the study of ant-like robots. Proc 2007 IEEE Swarm Intell Symp SIS 2007. 2007;37–44.
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