La memoria spaziale delle formiche. Ecco come presidiano il territorio.

Ma come fanno le formiche ad essere sempre dappertutto, pronte ad agganciare in pochi secondi qualsiasi cosa di commestibile noi si lasci all’aperto? Lo stanno studiando da qualche anno non solo gli etologi (studiosi del comportamento animale), ma anche schiere di ingegneri che si occupano di progettazione ed ottimizzazione. Per risolvere problemi logistici, infatti, si sta osservando come la natura operi per superare ostacoli e vincoli ecologici e ambientali.

Qualcuno di voi penserà che la risposta al quesito iniziale sia numerica: le formiche sono tante, per questo riescono a presidiare velocemente territori molto ampi. C’è una parte di verità in questa risposta, ma non è solo una questione di numerosità. Come si organizzano, territorialmente, le colonie di formiche? L’algoritmo che formalizza il comportamento delle formiche prende il nome di Ant Colony Optimization (ACO) ed è stato introdotto nel 1992 da Marco Dorigo del Politecnico di Milano.L’Ant Colony Optimization è una euristica il cui punto di forza consiste nell’essere un sistema intelligente distribuito: le scelte adottate non sono prese da un unico individuo che lavora al problema, ma dalla colonia, che pensa autonomamente e grazie ai feromoni riesce a condividere le soluzioni appena vengono trovate, adattando dinamicamente il processo di ottimizzazione.

Il funzionamento della colonia si può descrivere in questi termini: le formiche esplorano un territorio, muovendosi in maniera asincrona. La scelta del percorso viene realizzata in base ai risultati di un processo stocastico (probabilistico), che è definito tramite informazioni locali ad ogni “incrocio”. Le formiche, singolarmente, potrebbero trovare una soluzione, ma quelle che la colonia adotterà sono il risultato complessivo dall’insieme delle formiche. Ogni formica fa uso solo dei dati archiviati nella sua memoria e di informazioni che legge dal territorio (soprattutto negli incroci e nei punti di snodo). Per comunicare fra di loro le formiche leggono e scrivono scie di feromoni – quando una formica trova una soluzione, la analizza e deposita la sua valutazione nella scia sul percorso che ha seguito. Questa valutazione verrà poi ripresa dalle altre formiche che seguiranno.

Nell’Ant system non si usa l’aggiornamento attivo passo per passo di feromoni, ma quello a ritroso. Quando le formiche terminano un percorso raggiungendo un punto considerato un obiettivo di destinazione utile, calcolano grazie alla loro memoria singola la lunghezza del percorso, e lo ripercorrono all’indietro depositando le scie di feromoni. La quantità di feromoni depositata è funzione della lunghezza del percorso. Terminata la deposizione, la formica muore. Maggiore è la quantità di feromone su un percorso, più appetibile diventa il tragitto per le future generazioni di formiche, che continueranno ad esplorare la rete e miglioreranno la soluzione ad ogni generazione. Prima di far partire però una nuova generazione di formiche, l’Ant System prevede il processo di evaporazione.

Foto: courtesy of flickr (http://www.flickr.com/photos/richardbaker/627468799/)

Il secolo che sta volgendo al termine è stato dominato dagli acidi nucleici e dalle proteine. Il prossimo si concentrerà sulla memoria e sul desiderio. Sarà in grado di rispondere alle domande che questi temi sollevano?
François, Jacob, Il topo, la mosca e l’uomo (1998)