Het gemurmel van spreeuwen vormt zich als het daglicht over hun rustplaatsen vervaagt. Shutterstock / Albert Beukhof

Het woord zwerm heeft vaak een negatieve connotatie – denk aan bijbelse sprinkhanenplagen of winkelstraten vol last-minute shoppers tijdens de kerstdrukte. Zwermen is echter essentieel voor het voortbestaan ​​van veel dierencollectieven. En nu heeft onderzoek naar zwermen het potentieel om ook voor mensen dingen te veranderen.

Bijen zwermen om hun zoektocht naar nieuwe kolonies effectiever. Zwermen spreeuwen gebruiken oogverblindend gemurmel om roofdieren te ontwijken en te verwarren. Dit zijn slechts twee voorbeelden uit de natuur, maar zwermen is te zien in bijna elke hoek van het dierenrijk.

Onderzoek van wiskundigen, biologen en sociale wetenschappers helpt ons zwermen te begrijpen en de kracht ervan te benutten. Daar wordt het al voor gebruikt menigtecontrole, verkeersmanagement en om de verspreiding van infectieziekten. Meer recentelijk begint het vorm te geven aan de manier waarop we gegevens gebruiken voor de gezondheidszorg, drones gebruiken in militaire conflicten en het wordt gebruikt om bijna onoverkomelijke weddenschappen in sportevenementen te verslaan.

Een zwerm is een systeem dat groter is dan de som der delen. Net zoals veel neuronen een brein vormen dat in staat is tot denken, geheugen en emotie, kunnen groepen dieren samenwerken om een ​​'superbrein' te vormen, dat zeer complex gedrag vertoont dat niet bij individuele dieren voorkomt.

Craig Reynolds, expert op het gebied van kunstmatig leven, bracht in 1986 een revolutie teweeg in de studie van zwermen met de publicatie van de Boids-model computer simulatie. Het Boids-model splitst zwermen op in een eenvoudige set regels.

De Boids (bird-oids) in de simulatie krijgen, net als avatars of personages in een videogame, de opdracht om in dezelfde richting te bewegen als hun buren, naar de gemiddelde positie van hun buren te gaan en botsingen met andere boids te vermijden.

Boids-simulaties zijn opvallend nauwkeurig in vergelijking met echte zwermen.

Het Boids-model suggereert dat zwermen geen leiders nodig heeft om gedrag te coördineren - zoals voetgangers in een stadscentrum in plaats van een rondleiding door een museum. Het complexe gedrag dat we in zwermen zien, komt voort uit interacties tussen individuen die parallel dezelfde eenvoudige regels volgen. In de taal van de natuurkunde staat dit fenomeen bekend als opkomst.

De bijenkorfgeest

In 2016, Amerikaans technologiebedrijf Unanieme AI gebruikte de kracht van zwermintelligentie om win de Kentucky Derby "superfecta"-weddenschap, met succes de eerste, tweede, derde en vierde geplaatste ruiters voorspellen in de beroemde Amerikaanse paardenrace.

Industrie-experts en conventionele machine learning-algoritmen maakte massa's onjuiste voorspellingen. Amateurraceliefhebbers die door Unanimous AI werden aangeworven, bundelden echter hun kennis om de 541/1 kansen.

 Hoopvolle gokkers zetten elk jaar miljoenen dollars in op de Kentucky Derby. Shutterstock / Cheryl Ann Quigley

Het succes van de vrijwilligers lag in de manier waarop hun voorspellingen tot stand kwamen. In plaats van op renners te stemmen en hun keuzes samen te voegen, gebruikten de vrijwilligers Unanimous AI's zwermintelligentieplatform om deel te nemen aan een realtime digitaal touwtrekken, geïnspireerd door zwermen vogels en bijen.

Alle vrijwilligers trokken tegelijkertijd een knop naar hun respectieve keuzes. Hierdoor konden mensen hun voorkeuren veranderen als reactie op de acties van anderen (een persoon kan bijvoorbeeld zijn overgeschakeld op trekken naar hun tweede keuze, B, in plaats van hun eerste keuze, C, als ze zagen dat A en B de duidelijke favorieten waren ).

Door in realtime op elkaar te reageren, konden de vrijwilligers van Unanimous AI gezamenlijk beter presteren hoog geïnformeerde individuen.

Wat meer is, hadden de meest voorkomende individuele keuzes van de vrijwilligers de volgorde bepaald, alleen de Winnaar 2016 en favoriet van bookmakers, Nyquist, zou correct zijn geplaatst.

Gezondheidszorg

Soortgelijke zwermtechnologieën zijn ook van toenemend belang in de gezondheidszorg sector, waar spreken van een AI-revolutie is aanzetten toenemende bezorgdheid over de privacy van patiënten.

Als de afhankelijkheid van datagedreven technieken in de zorg neemt toe, evenals de vraag naar uitgebreide patiëntdatasets. Een manier om aan deze eisen te voldoen is informatie te bundelen tussen instellingen en in sommige gevallen landen.

De overdracht van patiëntgegevens is echter vaak onderhevig aan strenge regels voor gegevensbescherming. Een oplossing voor dit probleem is om alleen interne gegevens te gebruiken, hoewel dit vaak ten koste gaat van de diagnostische nauwkeurigheid.

Een alternatief ligt in zwermen. Onderzoekers geloven dat zwermintelligentie dat kan diagnostische nauwkeurigheid behouden zonder de noodzaak van uitwisseling van ruwe gegevens tussen instellingen.

Voorstudies hebben aangetoond dat het decentraliseren van gegevensopslag in een netwerk van samenwerkende knooppunten instellingen het voordeel van gedeelde wijsheid kan bieden. Hierdoor is er geen centraal knooppunt dat de informatiestroom coördineert en hebben instellingen geen toegang tot elkaars privé-patiëntgegevens.

Gecentraliseerde machine learning maakt gebruik van gegevens die zijn geüpload naar een gedeelde hub waar machine learning plaatsvindt met behulp van alle beschikbare gegevens. In decentrale systemen slaat elke instelling zijn gegevens apart op in een eigen node. Het machinaal leren gebeurt lokaal op elk knooppunt (met alleen interne gegevens), maar de resultaten van machinaal leren worden gedeeld tussen het netwerk, in het voordeel van alle knooppunten. Dit proces zorgt ervoor dat onbewerkte patiëntgegevens niet worden uitgewisseld tussen instellingen, waardoor de privacy van de patiënt behouden blijft.
Zwermen drones kunnen binnenkort het slagveld bevolken. Shutterstock / Andy Dean-fotografie

Zwermen en oorlogsvoering

Drone-technologie wordt steeds vaker gebruikt in gevechten in de frontlinie, de laatste tijd met name door Oekraïense troepen in de aanhoudend conflict tussen Rusland en Oekraïne. Zoals het er nu uitziet, vereist conventionele drone-technologie echter één op één supervisie.

Actueel defensieonderzoek heeft tot doel de communicatie tussen drones te vergemakkelijken, waardoor één controller zwermen drones kan besturen. De ontwikkeling van dergelijke technologie belooft een enorme verbetering van de schaalbaarheid, verkenning en opvallend mogelijkheden van gevechtsdrones door continue informatieoverdracht binnen groepen drones mogelijk te maken.

Naarmate onderzoek dieper in zwermen duikt, vinden we een wereld waarin collectieve actie zorgt voor complexiteit, aanpassingsvermogen en efficiëntie. Naarmate de technologie evolueert, zal de rol van zwermintelligentie groeien, waardoor onze wereld wordt verweven met de fascinerende dynamiek van zwermen.

Over de auteur

Samuel Johnson, DPhil-kandidaat in wiskundige biologie, Universiteit van Oxford

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.