Lunes 05/11/2018.

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Comunicación indirecta mediante el uso de feromonas

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El comportamiento de las hormigas es imitado para las maniobras de los barcos

  • El Grupo de investigación Ingeniería de Sistemas, Control, Automática y Robótica (ISCAR) de la UCM ha utilizado los algoritmos de hormigas para optimizar la maniobra de un barco autónomo.
  • Las hormigas convergen hacia una línea -casi- recta que une el hormiguero y la fuente de comida.
  • Mediante el uso de una tabla de feromona artificial se organiza a una colonia de hormigas, también artificiales, para que cooperativamente encuentren una combinación óptima de valores.
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El Grupo de investigación Ingeniería de Sistemas, Control, Automática y Robótica (ISCAR) de la UCM ha utilizado los algoritmos de hormigas para optimizar la maniobra de un barco autónomo.

¿En qué consisten los algoritmos de hormigas? Para entender este término conviene explicar primero brevemente el patrón de comunicación utilizado por las hormigas ya que es la base de dichos algoritmos. 

Las hormigas a la hora de la recolección de comida utilizan una comunicación indirecta mediante el uso de feromonas, es decir, el camino que recorre una hormiga, tanto a la ida como a la vuelta, desde el hormiguero hasta la fuente de comida presenta las denominadas rutas de feromona. Al principio las hormigas se dirigen en todas las direcciones hasta que una encuentre la comida. A continuación la hormiga deposita feromona en el suelo del camino para que otras puedan percibirlo y seguir la ruta correcta hasta el festín de comida. Las hormigas recorren aquellas vías que presentan una mayor concentración de feromonas.

Cuanto más recta sea una vía, más rápidamente puede ser recorrida, y por tanto mayor incremento de feromona recibirá por unidad de tiempo. De este modo, las hormigas convergen hacia una línea -casi- recta que une el hormiguero y la fuente de comida.

Ahora bien, ¿cómo se desarrollan los algoritmos de hormigas? El investigador italiano Marco Dorigo utilizando el proceso comentado anteriormente como base, desarrolló algoritmos bio-inspirados, denominados algoritmos de hormigas. Éstos se aplican para problemas de optimización combinatoria, donde el objetivo es ordenar de manera óptima una secuencia de valores discretos. Mediante el uso de una tabla de feromona artificial se organiza a una colonia de hormigas, también artificiales, para que cooperativamente encuentren una combinación óptima de valores.

En las hormigas artificiales, se marca en una tabla de feromona artificial el valor a escoger según el último valor tomado. Y del mismo modo que en hormigas reales, cuanto mayor sea la marca, más probabilidades habrá de escoger dicho valor. Si se vincula la cantidad de feromona depositada a la calidad de una solución, cuanto mejor sea una secuencia, mayor incremento de feromona recibirá, y por tanto será más usada.

Y ahora viene la pregunta más interesante, ¿Cómo ayuda el comportamiento de las hormigas a la optimización de maniobras de los barcos? Como nos informa el medio SINC ”El problema consiste en obtener una secuencia óptima de velocidad y rumbo que permita trazar una maniobra realizable en el menor tiempo posible”, explica Jose Mª Girón Sierra, profesor del Departamento de Arquitectura de Computadores y Automática y coautor del estudio publicado en la revista Expert Systems with Applications.

Las hormigas comienzan trazando trayectorias al azar. A medida que van alcanzando el objetivo, marcan con la feromona la trayectoria seguida. Así comienzan a aparecer marcas de feromona, marcas que guían la trayectoria para trazar la maniobra. La cantidad de marca está vinculada al tiempo que tarda el barco en cada trayectoria, por tanto, las trayectorias más cortas recibirán un incremento mayor de feromona. Así, con el tiempo, las trayectorias se van optimizando, hasta que convergen en aquélla que permite trazar la maniobra en el menor tiempo posible.

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