Enthüllte Internetalgorithmen: Genau wie Ameisen

Ingenieure lassen sich manchmal von der Natur inspirieren. Der Associate Professor Saket Navlakha vom Cold Spring Harbor Laboratory und der Forschungswissenschaftler Jonathan Suen fanden heraus, dass Anpassungsalgorithmen – derselbe Rückkopplungssteuerungsprozess, durch den das Internet den Datenverkehr optimiert – von mehreren natürlichen Systemen verwendet werden, um das Verhalten zu erfassen und zu stabilisieren, einschließlich Ameisenkolonien, Zellen und Neuronen.       

Internet-Ingenieure leiten Daten in kleinen Paketen um die Welt, die Ameisen ähneln. Wie Navlakha erklärt:

„Das Ziel dieser Arbeit war es, Ideen aus maschinellem Lernen und Internetdesign zusammenzubringen und sie mit der Art und Weise in Beziehung zu setzen, wie Ameisenkolonien nach Nahrung suchen.“

Derselbe Algorithmus, der von Internet-Ingenieuren verwendet wird, wird von Ameisen verwendet, wenn sie nach Nahrung suchen. Zunächst kann die Kolonie eine einzelne Ameise aussenden. Wenn die Ameise zurückkommt, gibt sie Auskunft darüber, wie viel Nahrung sie bekommen hat und wie lange es gedauert hat, sie zu bekommen. Die Kolonie würde dann zwei Ameisen aussenden. Wenn sie mit Nahrung zurückkehren, kann die Kolonie drei, dann vier, fünf und so weiter aussenden. Aber wenn zehn Ameisen ausgesandt werden und die meisten nicht zurückkommen, dann verringert die Kolonie die Zahl, die sie aussendet, nicht auf neun. Stattdessen reduziert es die Zahl um einen großen Betrag, ein Vielfaches (sagen wir die Hälfte) dessen, was es zuvor gesendet hat: nur fünf Ameisen. Mit anderen Worten, die Anzahl der Ameisen summiert sich langsam, wenn die Signale positiv sind, wird aber drastisch reduziert, wenn die Informationen negativ sind. Navlakha und Suen stellen fest, dass das System auch dann funktioniert, wenn sich einzelne Ameisen verirren, und dass es Parallelen zu einem bestimmten Typ von „Additive-Increase/Multiplicative-Decrease-Algorithmus“ gibt, der im Internet verwendet wird.

Suen glaubt, dass Ameisen neue Möglichkeiten zum Schutz von Computersystemen vor Hackern oder Cyberangriffen inspirieren könnten. Ingenieure könnten nachahmen, wie die Natur einer Reihe von Bedrohungen für Gesundheit und Lebensfähigkeit standhält. Suen erklärt:

„Die Natur hat sich in vielerlei Hinsicht als unglaublich robust erwiesen, um auf sich verändernde Umgebungen zu reagieren. In der Cybersicherheit stellen wir jedoch fest, dass viele unserer Systeme manipuliert werden können, leicht beschädigt werden können und einfach nicht robust sind. Wir wollen die Natur betrachten, die alle Arten von Naturkatastrophen überlebt.“

Während Suen plant, die Algorithmen der Natur auf technische Programme anzuwenden, würde Navlakha gerne sehen, ob technische Lösungen alternative Ansätze zum Verständnis der Genregulation und der Kontrolle des Immunsystems bieten könnten. Navlakha hofft, dass „erfolgreiche Strategien in einem Bereich zu Verbesserungen im anderen führen könnten“.