Tendencias21
Algoritmos de hormigas optimizan las maniobras de los barcos

Algoritmos de hormigas optimizan las maniobras de los barcos

Para hacer una recolección eficiente de alimentos, las hormigas utilizan un sistema de comunicación indirecta basada en el uso de feromonas. Este modelo de comportamiento ha servido como base para el desarrollo de algoritmos bio-inspirados, con los que se ha podido obtener una secuencia óptima de velocidad y rumbo para barcos.

Algoritmos de hormigas optimizan las maniobras de los barcos

La recolección de comida de muchas especies de hormigas está basada en la comunicación indirecta mediante el uso de feromonas. Durante todo el camino recorrido por una hormiga desde el hormiguero hasta la fuente de comida y viceversa, ésta va depositando feromonas en el suelo formando las denominadas rutas de feromona.

El resto de hormigas pueden percibir estas feromonas y, de hecho, tienden a escoger como recorrido aquellas vías que muestren una mayor concentración de éstas.

En el momento justo en que comienza la recolección de comida, al no haberse puesto aún en movimiento ninguna hormiga, no se ha depositado tampoco feromona alguna, por tanto, las hormigas tenderán a moverse en cualquier dirección.

Algunas hormigas encontrarán, por azar, una fuente de comida y marcarán con feromona la vía que les ha llevado a ella. Esta feromona estimulará a más hormigas a repetir esa vía ya marcada, incrementando así la concentración de feromona.

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.

Feromonas y hormigas artificiales

Este modelo de comportamiento le sirvió al investigador italiano Marco Dorigo como base para el desarrollo de 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.

Una hormiga artificial construye una secuencia de valores, incrementándose a continuación consecuentemente el nivel de feromona. Ese nivel servirá para restringir la elección del siguiente valor de la secuencia entre aquellos valores concretos presentes en la tabla de feromona así como para indicar la probabilidad de escoger cada uno de dichos valores.

De este modo, cuando una hormiga está buscando su siguiente valor, puede utilizar la tabla para decidir qué valor escoger después del último utilizado.

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.

Algoritmos de hormigas optimizan las maniobras de los barcos

De la ruta de las hormigas a la ruta del barco

Como se puede observar el principio teórico es el mismo, en las hormigas reales se deposita en el suelo una cantidad de feromona que indica qué dirección tomar en cada momento.

Cuanto mayor es la concentración de feromona, mayor es la probabilidad de escoger una dirección determinada.

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, cuanto mayor sea la marca, más probabilidades habrá de escoger dicho valor.

Un Grupo de investigación Ingeniería de Sistemas, Control, Automática y Robótica (ISCAR) de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) se ha basado en los algoritmos de hormigas para optimizar la maniobra de un barco autónomo.

”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.

Referencias bibliográficas:

Escario, J. B., et al. Optimisation of autonomous ship manoeuvres applying Ant Colony Optimisation metaheuristic. Expert Systems with Applications (2012), doi:10.1016/j.eswa.2012.02.069.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Una corriente oceánica fundamental para el equilibrio climático podría anticipar su colapso 13 febrero, 2024
    Los científicos han descubierto una señal de advertencia clave antes que una corriente crucial del Atlántico colapse y sumerja al hemisferio norte en un verdadero caos climático: la Circulación de Vuelco Meridional del Atlántico (AMOC) genera una liberación de calor que ayuda a mantener a Europa, y también en parte a América del Norte, más […]
    Pablo Javier Piacente
  • Toda la biblioteca privada de Darwin ya está disponible en Internet 13 febrero, 2024
    La biblioteca privada de Charles Darwin ha sido completamente reconstruida y está disponible en Internet por primera vez, coincidiendo con el 215 cumpleaños del naturalista. El catálogo, de 300 páginas, contiene 7.400 títulos con un total de 13.000 volúmenes entre libros, escritos y revistas, que están al alcance de todo el mundo sin salir de […]
    Redacción T21
  • El metro de Londres implanta IA para vigilar la red subterránea 13 febrero, 2024
    El metro de Londres ha probado herramientas de vigilancia con IA en tiempo real para detectar posibles situaciones de riesgo o de conflicto y permitir al personal intervenir rápidamente. Detecta comportamientos agresivos e identifica a las personas que se cuelan sin pagar.
    Redacción T21
  • La memoria universal promete revolucionar a la informática 12 febrero, 2024
    La memoria universal podría reemplazar tanto a la RAM como al almacenamiento interno en los ordenadores de uso masivo, brindando una alternativa más rápida y más eficiente a nivel energético. Un nuevo estudio muestra un posible enfoque revolucionario de la memoria universal: empleando un nuevo material denominado GST467, los investigadores apreciaron que la memoria mejora […]
    Pablo Javier Piacente
  • Los relámpagos volcánicos habrían encendido la llama de la vida en la Tierra primitiva 12 febrero, 2024
    Cuando la Tierra era joven y salvaje, los procesos en nuestro planeta transformaron una mezcla de ingredientes en lo necesario para impulsar la vida. Para esto es crucial el nitrógeno, un nutriente esencial para formar proteínas, aminoácidos y ácidos nucleicos. Los científicos han descubierto evidencias geológicas que indican que las descargas de rayos asociadas con […]
    Pablo Javier Piacente
  • La genética tiene mucho que decir sobre el asesinato de una madre adoptiva 12 febrero, 2024
    Según la genética, el comportamiento de los hijos adoptados está mayoritariamente influido por los padres biológicos, mientras que el parecido entre padres e hijos en una familia adoptiva es muy pequeño. Además, un hijo adoptado no tiene vínculos genéticos con su madre adoptiva y puede heredar ciertas maneras de pensar de sus padres biológicos, especialmente […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia
  • Europa logra un récord mundial de fusión nuclear 12 febrero, 2024
    En un importante logro científico, investigadores de la instalación Joint European Torus (JET) han establecido un récord energético mundial de 69 megajulios liberados en energía de fusión sostenida y controlada. Otro impulso para el futuro reactor europeo a gran escala ITER.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Un árbol fosilizado hace 350 millones de años sorprende a los científicos: parece alienígena 11 febrero, 2024
    Un fósil tridimensional de árboles más antiguos que los dinosaurios revela que los bosques de hace 350 millones de años eran extraños y alienígenas. Formaban parte de un bosquecillo que fue sepultado después de un terremoto.
    Redacción T21
  • El meteorito de Berlín resultó ser un raro objeto de origen ígneo 11 febrero, 2024
    El asteroide que se desintegró sobre Berlín a mediados de enero pertenece a un tipo raro de meteorito de origen ígneo. Se compone principalmente de silicatos de magnesio, enstatita y forsterita, además casi no contiene hierro y tiene una corteza vítrea translúcida.
    Redacción T21
  • Descubren un helecho tropical que transforma sus hojas muertas en nuevas raíces 9 febrero, 2024
    Para sobrevivir en el suelo anegado y bajo en nutrientes del bosque de Quebrada Chorro, en el oeste de Panamá, una especie de helecho tropical arborescente reutiliza sus hojas muertas, convirtiéndolas en nuevas raíces. Los científicos descubrieron que el helecho reconfigura estas “hojas zombis”, invirtiendo el flujo de agua para atraer nutrientes de regreso a […]
    Pablo Javier Piacente