Estigmergia

Caminos de hormiga construidos a partir de rastros de feromonas

Stigmergy (STIG-mər-jee) es un mecanismo de coordinación indirecta, a través del entorno, entre agentes o acciones. El principio es que la huella dejada en el ambiente por una acción individual estimula la realización de una acción sucesiva por parte del mismo o diferente agente. Los agentes que responden a los rastros en el entorno reciben beneficios de aptitud física positivos, lo que refuerza la probabilidad de que estos comportamientos se fijen dentro de una población con el tiempo.

La estigmergia es una forma de autoorganización. Produce estructuras complejas, aparentemente inteligentes, sin necesidad de planificación, control o incluso comunicación directa entre los agentes. Como tal, apoya la colaboración eficiente entre agentes extremadamente simples, que pueden carecer de memoria o conciencia individual entre sí.

Historia

El término "estigmergia" fue introducido por el biólogo francés Pierre-Paul Grassé en 1959 para referirse al comportamiento de las termitas. Lo definió como: "Estimulación de los trabajadores por el desempeño que han alcanzado". Se deriva de las palabras griegas στίγμα estigma "marca, signo" y ἔργον ergon "trabajo, acción", y captura la noción de que las acciones de un agente dejan señales en el entorno, señales que él y otros agentes sienten y que determinan e incitan sus acciones posteriores.

Más adelante, se hizo una distinción entre el fenómeno estigmérgico, que es específico de la guía de trabajo adicional, y la incitación más general, no específica del trabajo, para la cual se denominó comunicación sematectónica. acuñado por E. O. Wilson, de las palabras griegas σῆμα sema "signo, símbolo", y τέκτων tecton "artesano, constructor": "Se necesita una expresión más general, algo menos torpe, para denotar la evocación de cualquier forma de comportamiento o cambio fisiológico por las evidencias de trabajo realizado por otros animales, incluido el caso especial de la guía de trabajo adicional. "

Stigmergy es ahora uno de los conceptos clave en el campo de la inteligencia de enjambre.

Comportamiento estigmérgico en organismos no humanos

La estigmergia se observó por primera vez en insectos sociales. Por ejemplo, las hormigas intercambian información depositando feromonas (el rastro) en su camino de regreso al nido cuando han encontrado comida. De esa manera, desarrollan colectivamente una compleja red de senderos, conectando el nido de manera eficiente con varias fuentes de alimento. Cuando las hormigas salen del nido en busca de comida, la feromona las estimula para seguir el rastro hacia la fuente de alimento. La red de senderos funciona como una memoria externa compartida para la colonia de hormigas.

En informática, este método general se ha aplicado en una variedad de técnicas llamadas optimización de colonias de hormigas, que buscan soluciones a problemas complejos depositando "feromonas virtuales" por caminos que parecen prometedores. En el campo de las redes neuronales artificiales, la estigmergia se puede utilizar como memoria computacional. Federico Galatolo demostró que una memoria estigmergica puede lograr el mismo desempeño de arquitecturas de redes neuronales más complejas y bien establecidas como LSTM.

Otras criaturas eusociales, como las termitas, usan feromonas para construir sus nidos complejos siguiendo un conjunto de reglas descentralizado simple. Cada insecto recoge una 'bola de barro' o material similar de su entorno, infunde la bola con feromonas y la deposita en el suelo, inicialmente en un lugar al azar. Sin embargo, las termitas se sienten atraídas por sus compañeros de nido. feromonas y, por lo tanto, es más probable que dejen caer sus propias bolas de barro encima de las de sus vecinos. Cuanto más grande se vuelve el montón de lodo, más atractivo es y, por lo tanto, se le agregará más lodo (retroalimentación positiva). Con el tiempo esto conduce a la construcción de pilares, arcos, túneles y cámaras.

Se ha observado estigmergia en bacterias, varias especies de las cuales se diferencian en distintos tipos de células y que participan en comportamientos grupales guiados por sofisticados sistemas de control temporal y espacial. Se pueden encontrar ejemplos espectaculares de comportamiento multicelular entre las mixobacterias. Las mixobacterias viajan en enjambres que contienen muchas células que se mantienen unidas por señales moleculares intercelulares. La mayoría de las mixobacterias son depredadoras: los individuos se benefician de la agregación, ya que permite la acumulación de enzimas extracelulares que se utilizan para digerir los microorganismos de presa. Cuando los nutrientes son escasos, las células mixobacterianas se agregan en cuerpos fructíferos, dentro de los cuales las células enjambre se transforman en mixosporas latentes con paredes celulares gruesas. Se cree que el proceso de fructificación beneficia a las mixobacterias al garantizar que el crecimiento celular se reanude con un grupo (enjambre) de mixobacterias, en lugar de células aisladas. Se han desarrollado ciclos de vida similares entre los mohos mucilaginosos celulares. Las mixobacterias más conocidas, Myxococcus xanthus y Stigmatella aurantiaca, se estudian en varios laboratorios como modelos procarióticos de desarrollo.

Análisis del comportamiento humano

La estigmergia, estudiada en criaturas eusociales y sistemas físicos, se ha propuesto como modelo para analizar algunos sistemas robóticos, sistemas multiagente, comunicación en redes informáticas y comunidades en línea.

En Internet hay muchos proyectos colectivos donde los usuarios interactúan únicamente modificando partes locales de su entorno virtual compartido. Wikipedia es un ejemplo de esto. La estructura masiva de información disponible en un wiki, o un proyecto de software de código abierto como el kernel de FreeBSD, podría compararse con un nido de termitas; un usuario inicial deja una semilla de una idea (una bola de barro) que atrae a otros usuarios que luego construyen y modifican este concepto inicial, finalmente construyendo una estructura elaborada de pensamientos conectados.

Además, el concepto de estigmergia también se ha utilizado para describir cómo se puede integrar el trabajo cooperativo, como el diseño de edificios. El diseño de un gran edificio contemporáneo involucra una red grande y diversa de actores (por ejemplo, arquitectos, ingenieros de construcción, ingenieros estáticos, ingenieros de servicios de construcción). Sus actividades distribuidas pueden estar parcialmente integradas a través de prácticas de estigmergia.

Análisis de los movimientos sociales humanos

El auge del software de fuente abierta en el siglo XXI ha interrumpido los modelos comerciales de algunos proveedores de software propietario, y los proyectos de contenido abierto como Wikipedia han amenazado los modelos comerciales de empresas como Britannica. Los investigadores han estudiado proyectos colaborativos de código abierto, argumentando que brindan información sobre el surgimiento de la producción entre pares a gran escala y el crecimiento de la economía del regalo.

Sociedad estigmergica

Heather Marsh, asociada con Occupy Movement, Wikileaks y Anonymous, ha propuesto un nuevo sistema social en el que la competencia como fuerza impulsora sería reemplazada por una sociedad más colaborativa. Esta sociedad propuesta no usaría la democracia representativa sino nuevas formas de gobernanza basadas en ideas y acciones y métodos colaborativos, incluida la estigmergia. "Con la estigmergia, una idea inicial se da libremente y el proyecto es impulsado por la idea, no por una personalidad o grupo de personalidades. Ningún individuo necesita permiso (competitivo) o consenso (cooperativo) para proponer una idea o iniciar un proyecto."

Algunos en el Movimiento Paraguas de Hong Kong en 2014 fueron citados recomendando la estigmergia como un camino a seguir.