FIRENZE – Come fa la Physarum Polycephalum a trovare il cammino più corto in un labirinto? Grazie a un ‘algoritmo naturale’, frutto di un’evoluzione di milioni di anni. Lo ha stabilito uno studio Iasi-Cnr, che potrebbe fornire un nuovo approccio all’ottimizzazione dei sistemi Ict.
Alcuni studi sperimentali hanno dimostrato che la Physarum Polycephalum , una muffa mucillaginosa di colore giallastro che si nutre di spore e batteri, è in grado di compiere attività sorprendenti per un organismo così semplice, come trovare il cammino più corto in un labirinto. Da questi esperimenti e dal modello matematico da essi ricavato, Vincenzo Bonifaci, dell ’ Istituto di analisi dei sistemi ed informatica ‘ Antonio Ruberti ’ del Consiglio nazionale delle ricerche di Roma (Iasi-Cnr) ha sviluppato un’analisi matematica che conferma come il ‘ragionamento’ della Physarum Polycephalum sia un ‘algoritmo naturale’, frutto di un’evoluzione di milioni di anni. “ In questi esperimenti dell ’ università giapponese dell’Hokkaidō, la muffa è stata distribuita uniformemente sopra un labirinto dove sono stati collocati due fiocchi di avena, cibo di cui la muffa è ghiotta. Col passare delle ore, la muffa si ritrae dai percorsi che non portano al cibo, concentrando la massa su quello più corto ” , premette Bonifaci. “ Il nostro studio ha analizzato matematicamente il meccanismo biologico che conduce la muffa a riconfigurarsi nel cammino più breve: ogni ‘ capillare ’ della Physarum si espande o si contrae a seconda del maggiore o minore flusso di sostanze nutritive, secondo precise equazioni identificate dai biologi. A sua volta, la maggiore o minore dilatazione del condotto comporta una variazione del flusso attraverso di esso, dando luogo a un processo dinamico”.
Lo studio, svolto dal ricercatore del Cnr in collaborazione con colleghi del Max Planck Institute for Informatics tedesco e presentato al convegno internazionale ‘Symposium on discrete algorithms’ di Kyoto, ha evidenziato come “ il meccanismo di regolazione dei ‘ capillari’ sia una conseguenza matematica, indipendente dalla complessità del labirinto sottostante”, afferma Bonifaci. “Si potrebbe dire che l’evoluzione, in milioni di anni, ha messo a punto la regolazione dei capillari della Physarum in modo tale da ottenere l’algoritmo giusto per il problema del cammino più breve”.
Questo tipo di ricerche ha due finalità. “ La prima è comprendere i meccanismi alla base del comportamento intelligente degli organismi più semplici: senza questo primo passo non si può sperare di afferrare i medesimi meccanismi negli organismi più evoluti e complessi come gli animali o l’uomo ” , spiega il ricercatore. “ La seconda finalità è trovare approcci alternativi e potenzialmente fruttuosi per l’ ottimizzazione di reti, per esempio il progetto di una rete di connettività a basso costo, ma anche per migliorare i metodi di instradamento del traffico Internet e per provare nuovi approcci applicativi nel settore dei trasporti e delle telecomunicazioni ”.
Un video dell’esperimento giapponese
Fonte: Istituto di Analisi dei Sistemi ed Informatica ‘ Antonio Ruberti ’ del CNR, Roma – Analisi di un modello matematico per la comprensione di fenomeni biologici complessi e sua potenziale applicazione per il miglioramento dei sistemi ad alta tecnologia.
