Sistemas Auto-organizantes

Por: Carlos Gershenson*

Parvadas, cardúmenes, manadas y colonias de insectos funcionan por medio de mecanismos similares. No hay un animal líder dictando ordenes a otros. Sin embargo, tomas de decisiones muy complejas pueden realizarse por el grupo. Esto se debe a que los animales, aunque sigan reglas simples en su comportamiento, interactúan localmente de forma tal que en su conjunto pueden lograr tareas que los individuos por sí mismos no podrían realizar. Este fenómeno, donde los elementos de un sistema interactúan para producir un comportamiento, patrón o función globales, se conoce como auto-organización. Por ejemplo, un ave en una parvada sigue reglas simples para determinar su movimiento. Básicamente, trata de promediar las orientaciones y velocidades de sus vecinas. Cuando todas las aves siguen estas reglas, la parvada se auto-organiza en una formación que depende del número de aves y los mecanismos particulares de cada especie y situación. Los beneficios pueden ser aerodinámicos o para protegerse de depredadores.

Otro ejemplo: las hormigas se auto-organizan para realizar muchas tareas de la colonia. En la recolección de alimentos, hormigas exploradoras salen en busca de fuentes de ellos. Cuando encuentran comida, regresan directamente al hormiguero. Van dejando a su paso rastros de feromonas, las cuales son detectadas por otras hormigas. Las hormigas tienden a seguir los rastros más fuertes de feromonas. Dado que éstas se evaporan, los caminos que toman las hormigas que no encuentran alimentos no tienen muchas seguidoras. Por otro lado, las hormigas que encuentran una fuente de alimento cercana regresan rápidamente, reforzando su rastro de feromonas, el cual recluta más hormigas, las cuales refuerzan el rastro aún más. De esta manera, la colonia puede encontrar rápida y eficazmente la mejor fuente de alimento, con la capacidad de adaptarse cuando otra fuente se vuelve más favorable. Las hormigas no tienen idea de qué fuente es la mejor, ni de las posibles alternativas. Ellas sólo siguen con cierta probabilidad el rastro de feromonas. Sin embargo, las hormigas se auto-organizan de forma tan eficiente, que forman del 15 al 20 por ciento de la biomasa animal terrestre en el planeta.

La auto-organización no se limita a grupos de animales. De hecho, puede encontrarse en todas partes: en una célula, sus moléculas siguen reglas simples para producir y mantener vida; en un cerebro, las neuronas intercambian información con señales químicas y eléctricas para producir cognición; en un embotellamiento en autopista, los conductores sólo tratan de mantener cierta distancia, mientras los autos en su conjunto tienen un comportamiento característico donde el embotellamiento se mueve en dirección opuesta al tráfico; en un mercado bursátil, los agentes compran y venden acciones, pero ninguno puede determinar los precios finales.

Los sistemas auto-organizantes son adaptativos y robustos, ya que el sistema no tiene un plan preestablecido con ordenes precisas. Al dejar que sus elementos busquen soluciones por medio de sus interacciones, éstas pueden ser encontradas aún cuando las soluciones cambien constantemente. Es por esto que la auto-organización está siendo aplicada en ingeniería: cuando tenemos un problema fijo y comprensible, podemos encontrar una solución y ésta será buena siempre. Pero cuando tenemos un problema móvil o incomprensible, tenemos que estar encontrando soluciones más rápido de lo que cambia el problema, o bien conformarnos con una solución aceptable. Dado que en un sistema auto-organizante los elementos buscan por sí mismos las soluciones, es una buena idea diseñar sistemas auto-organizantes para resolver este tipo de problemas. En vez de resolver el problema nosotros mismos, la idea es construir a los elementos del sistema auto-organizante, para que ellos encuentren las soluciones de una manera adaptativa, robusta y eficiente.

Este paradigma empieza a volverse popular, dado que los métodos tradicionales de diseño e ingeniería se están haciendo obsoletos para enfrentarse a la complejidad y dinámica de nuestro mundo actual. Aplicaciones ya se han probado. La misma Internet puede verse como un sistema auto-organizante, donde computadoras intercambian información de manera tal que una cantidad más grande de información que la que fue producida por toda la humanidad hasta fines del siglo XX está al alcance de cualquiera. Y hay muchas otras áreas donde se está explotando el principio de auto-organización, tales como nanotecnología, biología sintética, medicina, robótica, computación, control de tráfico, administración, economía y ecología. En su conjunto, las tecnologías que explotan la auto-organización están transformando a nuestra civilización, al parecer de una forma positiva.