Internetalgoritmen onthuld: net als mieren

Ingenieurs wenden zich soms tot de natuur voor inspiratie. Cold Spring Harbor Laboratory Universitair hoofddocent Saket Navlakha en onderzoekswetenschapper Jonathan Suen ontdekten dat aanpassingsalgoritmen - hetzelfde feedbackcontroleproces waarmee internet het dataverkeer optimaliseert - door verschillende natuurlijke systemen worden gebruikt om gedrag te detecteren en te stabiliseren, waaronder mierenkolonies, cellen en neuronen.       

Internettechnici sturen gegevens over de hele wereld in kleine pakketjes, vergelijkbaar met mieren. Zoals Navlakha uitlegt:

"Het doel van dit werk was om ideeën uit machine learning en internetontwerp samen te brengen en te relateren aan de manier waarop mierenkolonies foerageren."

Hetzelfde algoritme dat door internetingenieurs wordt gebruikt, wordt door mieren gebruikt wanneer ze op zoek gaan naar voedsel. In het begin kan de kolonie een enkele mier uitzenden. Wanneer de mier terugkeert, geeft hij informatie over hoeveel voedsel hij heeft gekregen en hoe lang het duurde om het te krijgen. De kolonie zou dan twee mieren uitzenden. Als ze terugkeren met voedsel, kan de kolonie er drie sturen, dan vier, vijf, enzovoort. Maar als er tien mieren worden uitgezonden en de meeste komen niet terug, dan verlaagt de kolonie het aantal dat ze verzendt niet tot negen. In plaats daarvan vermindert het het aantal met een groot aantal, een veelvoud (zeg maar de helft) van wat het eerder stuurde: slechts vijf mieren. Met andere woorden, het aantal mieren loopt langzaam op wanneer de signalen positief zijn, maar neemt drastisch af wanneer de informatie negatief is. Navlakha en Suen merken op dat het systeem werkt, zelfs als individuele mieren verdwalen en parallel loopt met een bepaald type "additief-toename/multiplicatieve-afname-algoritme" dat op internet wordt gebruikt.

Suen denkt dat mieren de inspiratie kunnen zijn voor nieuwe manieren om computersystemen te beschermen tegen hackers of cyberaanvallen. Ingenieurs zouden kunnen nabootsen hoe de natuur bestand is tegen een reeks bedreigingen voor de gezondheid en levensvatbaarheid. Suen legt uit:

“De natuur is in veel opzichten ongelooflijk robuust gebleken en reageert op veranderende omgevingen. Op het gebied van cyberbeveiliging vinden we echter dat er met veel van onze systemen kan worden geknoeid, dat ze gemakkelijk kunnen worden doorbroken en dat ze eenvoudigweg niet robuust zijn. We willen kijken naar de natuur, die overleeft bij allerlei soorten natuurrampen.”

Terwijl Suen van plan is de algoritmen van de natuur toe te passen op technische programma's, zou Navlakha graag willen zien of technische oplossingen alternatieve benaderingen kunnen bieden voor het begrijpen van genregulatie en controle van immuunfeedback. Navlakha hoopt dat "succesvolle strategieën in het ene domein kunnen leiden tot verbeteringen in het andere."