Ant Farm Simulator

Una propiedad emergente es una propiedad de un sistema que emerge espontáneamente de la interacción de los agentes o entidades que lo constituyen, pero sin ser una propiedad de los agentes o entidades individuales. Es el mismo fenómeno que se observa por ejemplo en las bandadas de aves, en los cardúmenes de peces, o en la formación de moléculas a partir de la interacción de sus átomos constituyentes, o en la formación de polímeros o cristales a partir de la interacción de sus moléculas constituyentes.

Hace unos años atrás diseñé una aplicación con el propósito de mostrar que el comportamiento de búsqueda y recolección de alimento de las hormigas puede ser modelado como una propiedad emergente. El nombre de la aplicación es Ant Farm Simulator, y puede ser descargada desde AQUí.

Este modelo informático se sustenta en las siguientes premisas:

  1. El cerebro de cada una de las hormigas no tiene la capacidad de procesamiento suficiente para memorizar ni la ubicación del hormiguero ni la de las fuentes de alimento.
  2. Las hormigas reaccionan a los estímulos de su entorno inmediato secretando feromonas, las que al impregnarse en el suelo definen un rastro de olor. El tipo de feromona secretada y su intensidad varían en función del estímulo detectado.
  3. Los rastros de olor tienen una persistencia limitada, desvaneciéndose con el tiempo.

  4. Las hormigas no pueden ´limpiar´los rastros de olor que encuentran a su paso, solo puede ignorarlo, incrementar su intensidad, o emitir una feromona distinta.

La simulación consiste en un plano, el que está dividido en casillas o cuadrantes. Cada una de estas casillas puede ser ocupada por un hormiguero fuentes de alimento, de manera tal que antes de iniciar la simulación el plano queda conformado por uno o más hormigueros y varias fuentes de comida de distinto tamaño distribuidas en el plano. Adicionalmente, es posible incorporar bloques de yeso, los que cumplen el acceso de bloquear el acceso a las casillas donde están ubicados.

Cada nido tiene una población de hormigas consistente en una reina, y una cantidad de obreras definida por el usuario,

Al iniciar la simulación, las obreras emergen desde la casilla que contiene su nido, desplazándose aleatoriamente en todas direcciones. Simultáneamente, al detectar que se encuentran en la casilla correspondiente al hormiguero, emiten una feromona caracteristica, la que al impregnarse en el suelo define un rastro del nido (representado con color pardo en la simulación).

La intensidad de esta feromona varía dependiendo de la distancia al nido y de su intensidad en las casillas circundantes: en el nido, la intensidad del rastro siempre es máxima. Si la obrera pasa desde una casilla con rastro de nido a una casilla sin rastro de olor, le asignará una intensidad igual a aquella de la casilla que está abandonando, menos una unidad. Pero si la obrera pasa a una casilla con rastro de nido de mayor intensidad que aquel de la casilla que está abandonando, aumentará la intensidad del rastro en la casilla abandonada hasta que este sea igual a la intensidad en la nueva casilla, menos una unidad.

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La colonia en el hormiguero.

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Las obreras se han dispersado aleatoriamente en torno al hormiguero, dejando un rastro de nido cuya intensidad disminuye con la distancia.

Cuando una obrera encuentra alimento toma una porción de este, y la casilla es marcada con otra feromona, cuya intensidad es proporcional al tamaño de la fuente de alimento, definiendo un rastro de alimento. A continuación, la hormiga busca y se desplaza a la casilla contigua que cumpla con tener un rastro de alimento de menor intensidad al de la casilla en la que se encuentra, pero que a su vez sea el de mayor intensidad entre todas las casillas contiguas. Al hacer esto, la obrera incrementa el rastro de olor en la nueva casilla para hacerlo igual al de la casilla que está abandonando, menos una unidad. La única omisión a esta regla se produce cuando la nueva casilla tiene un rastro de nido de mayor intensidad que el rastro de olor que la casilla que esta siendo abandonada, caso en el cual la obrera no altera los rastros.

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Una fuente de alimento fue encontrada. Las hormigas con alimento regresan siguiendo el rastro de nido de menor a mayor intensidad, a la vez que dejan un rastro de alimento.

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El nido fue encontrado. Otras obreras de los alrededores comienzan a seguir el rastro hacia la comida.

Finalmente, cuando una obrera con alimento regresa al nido, entrega el alimento a la reina, la que lo usa para producir más obreras.

Hasta aquí, las reglas que condicionan el comportamiento de las obreras de la simulación únicamente condicionan su reacción a los estímulos de su entorno inmediato. Sin embargo, esta reacción de corto alcance tiene el efecto de generar un gradiente de intensidad en el rastro de nido, el que disminuye con la distancia hacia el hormiguero, y al mismo tiempo un gradiente de intensidad en el rastro de alimento, que también disminuye con la distancia a este.

Debido a que los rastros de nido y alimento se desvanecen con el paso del tiempo, por un proceso de selección natural aquellas casillas más visitadas por las hormigas tenderán a “sobrevivir” por más tiempo. Y como las casillas visitadas más a menudo tenderán a ser aquellas que se encuentran en el trayecto que minimiza la distancia entre el alimento y el nido, el resultado de la simulación es que emergerá espontáneamente un camino de hormigas análogo al que forman sus contrapartes biológicas.

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La actividad se ha desviado hacia una fuente de alimento más grande. Los rastros de feromona ya se han desvanecido de las casillas menos transitadas.

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Camino entre el nido y la segunda fuente de alimento. La primera fuente de alimento, más pequeña, ha sido abandonada, quedando solo algunas rezagadas que no encontraron a tiempo la ruta al nido.

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