Jak pszczoły miodne mogą pomóc ławicom robotów – i ludziom – podejmować lepsze decyzje
Aby działać efektywnie, roje zautomatyzowanych robotów muszą wymieniać między sobą informacje i na tej podstawie podejmować decyzje dotyczące dalszego działania. Finansowany ze środków UE projekt DiODe miał na celu odkrycie uniwersalnych prawd dotyczących architektury tego procesu decyzyjnego. „Naszym celem było sprawdzenie, jak w najlepszy możliwy sposób podejmować decyzje w grupie”, mówi James Marshall, koordynator projektu oraz profesor biologii teoretycznej i obliczeniowej na Uniwersytecie w Sheffield. Jego zespół czerpał w swoich badaniach z dziedzin takich, jak neurologia, teoria decyzji, matematyka, nauki polityczne i psychologia. „Impulsem do zastosowania takiego podejścia był fakt, że wiele ławic robotów pracuje w oparciu o heurystykę ad hoc, bazując na pewnych małych trikach”, wyjaśnia uczony. „Aby koncepcja ławicy robotów mogła stać się wartą wdrożenia, poważną technologią, musimy lepiej poznać zachowania grup”.
Wyczuwanie kworum
Bardzo istotnym wynikiem było ustalenie progu głosowania, na podstawie którego grupa ma podejmować decyzję. Marshall dodaje: „W politologii często zakłada się, że należy stosować próg zwykłej większości, zgodnie z twierdzeniem Condorceta, które głosi, że im więcej członków liczy sobie grupa, tym lepsze będzie podejmować decyzje. Udało się nam wykazać, że sprawa nie jest taka prosta”. Korzystając z teorii wykrywania sygnału, Marshall i jego zespół wykazali, że podejmowanie pozornie binarnych decyzji, takich jak – w przypadku roju pszczół – określenie, czy dane miejsce nadaje się na lęg, jest procesem bardziej złożonym, ponieważ niesie ze sobą ryzyko uzyskania wyników tak fałszywie ujemnych, jak i fałszywie dodatnich. „Kiedy weźmiemy pod uwagę ten szczegół, optymalne poziomy kworum w grupie ulegają zmianie i mogą wynikać z zasady większości kwalifikowanej lub zasady mniejszości, w zależności od takich czynników jak względne koszty różnych rodzajów błędów”, zauważa uczony. Marshall mówi, że w naturze decyzje zapadają zwykle w oparciu o mechanizm wyczuwania kworum (ang. quorum sensing), a nie na zasadzie większości kwalifikowanej, co powoduje podjęcie decyzji po osiągnięciu określonego progu. „Znaleźliśmy w tej przestrzeni piękną strukturę matematyczną. To było najbardziej estetyczne doznanie matematyczne w mojej karierze”, dodaje. Marshall zauważa także, że chociaż ludzkie demokracje mają tendencję do głosowania w drodze decydującego aktu, w przyrodzie decyzje kształtują raczej stopniowo ze stałym uwzględnieniem napływających informacji. „U pszczół sprawa nie zamyka się na jednym głosowaniu,, to ciągły proces, w którym poszczególne owady wpływają na decyzje innych osobników podczas głosowania i starają się powstrzymywać działania strony przeciwnej”.
Mądrość tłumu
Zespół Marshalla przeprowadził dalsze badania, których celem było zidentyfikowanie optymalnego sposobu zbilansowania czasu potrzebnego do podjęcia decyzji, której wynikiem byłaby konkretna wartość, co stanowi dwa zasadnicze czynniki sprawnego działania automatycznych dronów. Projekt miał wsparcie ze strony Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych. „Umożliwiło mi to zbudowanie zespołu przygotowanego na długoterminową współpracę i wspólnie gromadzenie wiedzy”, mówi Marshall. „Dało nam to okazję do skupienia się na kwestiach związanych z badaniem przez czas wystarczająco długi, aby osiągnąć spójny postęp”. Odkrycia grupy zostały udostępnione w portalu internetowym, by inni badacze mogli przetestować zaprezentowane pomysły na organizmach modelowych. Wyniki zostaną także wykorzystane przez spin-out Opteran Technologies, kierowany przez Marshalla, którego celem jest odtworzenie mózgu zwierząt w strukturach krzemowych i wykorzystanie ich w procesie automatyzacji maszyn.
Słowa kluczowe
DiODe, decyzja, zautomatyzowany, rozproszony, Condorcet, twierdzenie, demokracje, rój, matematyczny
