Una mosca puede revolucionar la informática

Los expertos de la Universidad de Carnegie Mellon, en Pittsburgh (Estados Unidos), aseguran que un nuevo algoritmo basado en la forma en que la humilde mosca de la fruta organiza sus diminutos pelos -verdaderos sensores que les permiten “sentir” el mundo- tiene el potencial de proporcionarnos la solución a los  problemas que plantean las redes inalámbricas. Parece que la forma en que se organiza el sistema nervioso del insecto es mucho más simple y eficiente que cualquier red elaborada por los humanos. ¿Que significa esto?

Desde sus inicios, la informática mantiene una extraña relación con los insectos. Desde los primeros “bugs”, pequeñas polillas que buscando el calor de los tubos de vacío provocaban cortocircuitos capaces de paralizar ordenadores más grandes que tu casa, hasta los más modernos y sofisticados “gusanos” que, junto a otras alimañas cibernéticas, pueden derribar enormes redes de ordenadores reproduciéndose como lo haría un ser vivos, los expertos en informática han buscado en el reino animal ejemplos o ideas en las que basar sus diseños. En las últimas horas se conoció un trabajo elaborado por los expertos de la Universidad de Carnegie Mellon, en Pittsburgh (Estados Unidos) que indicaría que la mosca de la fruta -uno de los insectos mejor comprendidos por el hombre- podría tener la clave para solucionar algunos de los problemas mas complejos de la informática distribuida.

Mantener comunicados de forma eficiente a dos ordenadores es una tarea trivial. Pero a medida que el numero de integrantes de la red comienza a aumentar, la situación se complica rápidamente. Las redes actuales, que en muchos casos superan los cientos o incluso miles de ordenadores, suelen ser muy poco eficientes, sobre todo cuando el sistema de conexión elegido es el inalámbrico. El trabajo, que se ha publicado en el último ejemplar de la revista “Science”, muestra como los investigadores se inspiraron en la forma en la que la diminuta mosca de la fruta organiza sus diminutas “antenas” -los “sensores” que la “conectan” con el mundo- para conseguir mejores aplicaciones de computación distribuida.

Al igual que en una red de ordenadores basada en la arquitectura cliente-servidor, las células del sistema nervioso de la mosca de la fruta se organizan de tal manera que un pequeño porcentaje de ellas funcionen como “centros” que proporcionan las conexiones necesarias con las demás células nerviosas. Los expertos han creado un algoritmo informático que imita esta forma de trabajo, y descubrieron que esta manera de organizarse puede utilizarse para optimizar aquellas redes de ordenadores en las que el número y posición de los nodos que la componen no están rígidamente establecidos. Las redes WIFI, los sistemas de recolección de datos basados en sensores inalámbricos o grupos de robots autónomos pueden beneficiarse de lo aprendido de la mosca de la fruta.

Los ingenieros ha desarrollado varias formas de “controlar” las conexiones que hacen posible la existencia de las redes informáticas distribuidas. Desde la búsqueda de datos en internet  hasta la elaboración automática de informes a partir del contenido de diversas bases de datos, los sistemas implementados por el hombre parecen ser innecesariamente más complejos que el que la naturaleza ha proporcionado mediante la evolución al sistema nervioso de la mosca. Los autores del trabajo aparecido en Science creen que podrán imitar la forma en que la mosca de la fruta utiliza sus pequeños “pelos” para detectar el mundo exterior  y la forma en que esos datos son utilizados por una célula nerviosa denominada precursor del órgano sensorial (POS).

Cada POS se conecta a otras células nerviosas que tiene a su alrededor, pero nunca con otro POS. Podría crearse un sistemas de cómputo distribuido en el que un pequeño grupo de microprocesadores se comunica velozmente con el resto de los integrantes de la red, algo a lo que los teóricos refieren como conjunto independiente máximo (CIM). Al igual que en el sistema nervioso del insecto, cada unidad de computo que integra la red es un líder, un miembro del CIM, o está conectado a él, pero los líderes no se conectan entre si.

Durante décadas los ingenieros han buscado la mejor forma de conectar entre si los miembros de una red. Ahora sabemos como lo hace el insecto: durante el  desarrollo de la mosca a lo largo de las fases de larva y crisálida, su sistema nervioso utiliza un método probabilístico para seleccionar cuales de sus células que se convertirán en POS. Si bien las células no tienen información sobre cómo están conectadas entre sí, a medida que algunas de ellas se van convirtiendo en POS generan señales químicas que indican a las células cercanas que no deben convertirse también en POS. Este proceso continúa hasta que todas las células son o bien POS, o bien vecinas a una POS.

En ese momento, la mosca deja de ser una crisálida. La principal diferencia que existe entre el sistema utilizado por la mosca para crear su “red” y los algoritmos utilizados por el hombre en los últimos 30 años para conectar sus ordenadores estriba en que en el insecto la probabilidad de que cualquier célula se autoseleccione como POS aumenta en función del tiempo. En un algoritmo típico de CIM utilizado en las redes informáticas aumenta como una función del número de conexiones. El método de la mosca no requiere conocer al detalle la forma en que se organiza la red, sino que la topología de la misma evoluciona de forma de ser la más simple posible.

¿Como no hemos sido capaces de hacer algo así antes? Al fin y al cabo, se trata de algo muy lógico, y que la naturaleza ha logrado “desarrollar” sin utilizar nada más complejo que el método del ensayo y el error. Noga Alon, experto en matemática e informática de la Tel Aviv University y del Institute for Advanced Study de Princeton, Estados Unidos, coautor del artículo, reconoce esta situación explicando que “se trata de una solución tan simple e intuitiva que cuesta creer que no hayamos descubierto su valor 25 años antes.”

Junto a otros investigadores que participantes del proyecto -Ziv Bar-Joseph, Yehuda Afek, Naama Barkai, Eran Hornstein y Omer Barad- Alon a conseguido fondos del National Institutes of Health y la National Science Foundation estadounidenses que deberian permitirles convertir toda esta teoría en un sistema práctico. ¿Podrán lograrlo? Ellos creen que sí. Y nosotros esperamos que tengan éxito, ya que estas mejoras harán de nuestras redes algo mucho más eficiente.