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Búsqueda de alimento, hormigas, rutas óptimas, caminos aleatorios, robótica de enjambres.

Existen una multitud de tipos de especies de hormigas distintas. No obstante, muchas de ellas, al salir del hormiguero, a la búsqueda de alimentos ramifican  jerárquicamente sus caminos siguiendo aproximadamente las mismas leyes de ramificación que las ramas y raíces de los árboles, cuencas de drenaje y un sinfín de estructuras naturales más. Lo mismo dicen que ocurre en los motores de nuestras búsquedas en Internet cuando deseamos obtener información. Hablamos pues de estructuras fractales, de las que os hemos informado en multitud de ocasiones (ver nuestra categoría “Diversidad, Complejidad y Fractales”). Tal tipo de patrones resultan ser óptimos en una enorme variedad de circunstancias. Ya conjeturé hace tiempo, que tal optimización se alcanza cuando la estructura canónica del sistema atesora “de algún modo” una fuente y/o un receptor. Por ejemplo, en el caso de las cuencas de drenaje (fluviales), el agua de la atmósfera que precipita sobre tierra firme, alcanza el mar lo más raídamente posible, justamente creando estas ramificaciones, pudiendo considerarse al océano como su receptor/emisor.  Si nos atenemos a la configuración de nuestro sistema vascular (por no hablar del bronquial)…. ¡Más de lo mismo!. El corazón (emisor/receptor) impele la sangre para que las arterias las hagan llegar a todas las partes del organismo, mientras el venoso, con la misma geometría la devuelve al receptor. Y así se explora, explota, alimenta, informa etc., a todo el sistema lo más rápidamente posible. También os comentamos que lo mismo ocurre con las taxonomías jerárquicas, siendo nuestro cerebro, nuevamente el receptor.

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Leyes de Horton para las cuencas de drenaje: Estructura fractal Fuente Wikipedia

Empero aquí debemos tener en cuenta un aspecto epistemológico  que suele pasarse por alto en la mayor parte de las indagaciones científicas. En filosofía de la ciencia se discierne entre leyes y teorías de alto y bajo nivel, sin que tales calificativos nos informen de que unas son mejor que otras. ¡Me explico! Las denominadas de bajo nivel atienden a detectar patrones que puedan explicarse haciendo uso de información e inferencias que son explicadas bajo ópticas próximas a las procesos físicos y químicos directamente implicados en la estructura y dinámica del objeto de estudio. Por el contrario, las de “alto nivel” (de abstracción) identifican y agrupan patrones (espaciales y/o temporales) de naturaleza muy dispar, que acaecen en muchos objetos/procesos de naturaleza distinta, demostrando que aquellas regularidades y leyes de bajo nivel que la explican son conformes, de algún modo, con otras de carácter más general. En la mayoría de los casos, las leyes de nivel más “altas” son las que proceden de la física. Pues bien, las estructuras fractales o multifractales son manifestaciones de una dinámica no lineal y sistemas complejos.

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Hormigas comportamiento colectivo y estructuras  fractales. Fuente: Welcome to the Collective Behavior group

La primera noticia que os ofrecemos hoy da cuenta de cómo unos investigadores han demostrado que la  robótica de enjambres, aplicada a indagar como en estos superorganismos sociales, denominados hormigueros (emisor/receptor), sus individuos encargados en la búsqueda de alimentos para la colonia optimizan la exploración del territorio haciendo uso de geometrías semejantes a las ya indicadas previamente. En otras palabras, que cuando los insectos salen en el hormiguero tienden a ramificar sus caminos una y otra vez, en busca de alimento de un modo fractal. Finalmente os mostramos otra noticia, muy divulgativa, que al hablar de la  geometría de los rayos (¡si los rayos también!), como sus huellas en el suelo, es decir los Rayos Congelados en el Suelo (Las Fulguritas o Piedras de Dios) obedece a un patrón fractal. Seguidamente os dejamos los enlaces de varios post anteriores en los que abundamos sobre esta materia. Por qué estas configuraciones y no otras resultan ser optimas en nuestra estructura cuatridimensional de espacio/tiempo, ya es otro problema para el que la ciencia aún no ha encontrado respuesta alguna. Y es que entender las razones subyacentes a leyes muy generales, como las de Newton o Einstein, es mucho más que difícil y/o se nos antoja imposible. ¡Se trata de Leyes de la naturaleza!  Quede claro que el trabajo basado en la  robótica de enjambres se me antoja muy interesante. Y es que estas propiedades de autoensamblado también dan lugar a comportamientos no lineales típicos de los sistemas complejos aunque no explican la razón de ser de otras configuraciones similares. Se trata pues de leyes de bajo nivel, que no por ello mejores ni peores. Eso sí, el último fin de la ciencia básica reside  alcanzar el mayor número posible de leyes de alto nivel que den cuenta de la naturaleza del universo.

Juan José Ibáñez

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 Hormigas Caminos aleatorios  y estructuras jerárquicas. Fuente: Active random walkers simulate trunk trail formation by ants, Bioscience. Paper of Frank Schweitzer, Kenneth Lao, and Fereydoon Familya. Published in Volume 41, Issue 3, February 1997, Pages 153–166

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