Slimme zwermen bacteriën inspireren robotbouwers
Bijster slim is een enkele bacterie niet, maar een kolonie bacteriën gedraagt zich toch behoorlijk geavanceerd. Onderzoekers hebben nu een nieuw model ontwikkeld, dat ook toegepast kan worden in zwermen robots.
Intelligente zwerm
De onderzoekers van de Tel Aviv Universiteit in Israël hebben een rekenmodel ontwikkeld dat beter uitlegt hoe bacteriën bewegen in een zwerm en kan ook worden toegepast in computers, kunstmatige intelligenties en robots[1]. De principes die bacteriën gebruiken om te bewegen in een zwerm, kunnen ook heel goed gebruikt worden om computers, kunstmatige intelligentie en robots zwermgedrag te laten vertonen. Toepassingen die de onderzoekers noemen zijn het ontwikkelen van medische nanorobots die medicijnen in het lichaam afleveren of informatie op internet verzamelen over consumenten.
Waarom overleven domme bacteriën in een ingewikkelde omgeving?
Al zijn bacteriën klein en eenvoudig, ze hebben superieure overlevingsvaardigheden. De manier waarop ze beslissingen nemen en hun collectieve gedrag laat ze gedijen en zelfs verspreiden in zware leefomstandigheden. Als extreem simpele organismen zijn bacteriën uiteraard niet in staat tot hoogstaande informatieverwerkende processen. In een ingewikkelde omgeving, zoals binnen mensen of dieren, zouden bacteriën dus in de war raken. Althans, werd aangenomen.
‘Zelfvertrouwen’ redt bacteriën
Deze aanname blijkt fout. In een verrassende ontdekking stelden de onderzoekers vast dat bacteriën in feite superieure overlevingsvaardigheden hebben. Ze vinden veel eerder voedsel en ontwijken gevaar veel sneller dan complexere samenwerkende organismen zoals amoebes of vissen. Hun geheim: veel ‘zelfvertrouwen’.
Veel zwermen van ingewikkelder organismen worden vaak geplaagd door foutieve positieve feedback, iets dat veel voorkomt in complex terrein. Dit gebeurt als een subgroep van de zwerm op basis van verkeerde informatie de hele groep de verkeerde kant op stuurt. Bacteriën maken deze fout niet omdat ze via moleculaire, chemische of mechanische wijze communiceren.
Alleen ‘raad vragen’ als het mis gaat
Afhankelijk van hoeveel ‘zelfvertrouwen’ ze hebben kunnen bacteriën hun wisselwerking met hun medebacteriën aanpassen. Als een individuele bacterie een nuttig pad vindt, besteedt deze minder aandacht aan de signalen van anderen. Komt de cel een minder gunstig pad tegen, dan zal deze ‘raad vragen’ aan andere cellen. Elke cel volgt dezelfde strategie, waardoor de groep als geheel met vallen en opstaan een weg vindt in extreem complex terrein. Precies dit gedrag, dat maar weinig capaciteit en korte termijn geheugen vereist, werd verwerkt in het model van de onderzoekers. Dit principe kan ook leiden tot nieuwe, efficiëntere technologie.
Robots lenen bacterie-strategie
Ook robots moeten vaak in complexe omgevingen navigeren, zoals zo ongeveer elke denkbare omgeving buiten een lab. Ook moeten ze onderling communiceren. Op dit moment wordt dat moeizaam berekend wat uiteraard zeer veel rekenhulpbronnen van computers eist. De geheimen van zwermen bacteriën ontraadselen, kan ons helpen een nieuwe generatie robots te ontwikkelen die zich zonder al te veel ingebouwde slimheid kunnen bewegen in een omgeving en zich aanpassen aan wisselende omstandigheden, aldus de onderzoekers[2].
Bronnen
1. Adi Shklarsh et al., Smart Swarms of Bacteria-Inspired Agents with Performance Adaptable Interactions, PLoS Computational Biology, 2011 (gratis toegankelijk)
2. Smart Swarms of Bacteria Inspire Robotics Researchers, AFTAU, 2011
