Nuestro mundo está lleno de sistemas de transporte desesperadamente complicados, Finanzas, vida biológica, y otros. Estos llamados sistemas complejos, natural o artificial, son sistemas que son intrínsecamente difíciles de predecir debido a dinámicas colectivas emergentes influenciadas por factores ambientales externos.

La complejidad de estos sistemas tiene sus raíces en las intrincadas interdependencias entre estos elementos constitutivos y las interacciones con el mundo exterior. Comprender la propagación de perturbaciones exógenas es de vital importancia para los sistemas complejos. Por ejemplo, Piense en un cierre local en un extremo de la red eléctrica, y cómo puede provocar una falla masiva en cascada, bola de nieve en un apagón a gran escala como el apagón del noreste de 2003 en los Estados Unidos. O cómo una tormenta de nieve en el área metropolitana de Nueva York desencadena una avalancha de retrasos en las aerolíneas en San Francisco, Los Angeles, y en toda la costa oeste. O modas introducidas por celebridades que a veces se vuelven virales, propagarse y amplificarse a través de tweets / retweets, compartir y me gusta.

Para sistemas en red descentralizados que operan en entornos dinámicos, la capacidad de responder a circunstancias cambiantes es primordial. Puede ser una cuestión de vida o muerte para las aves que acuden en bandadas y maniobran para escapar del ataque de un depredador. También puede ser una cuestión de eficiencia óptima para los sistemas de múltiples robots que operan colectivamente y están sujetos a condiciones cambiantes. Por lo tanto, es fundamental investigar y comprender la influencia de la topología de la red en la respuesta colectiva del sistema.

Teniendo esto en cuenta, Bouffanais y su equipo de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) consideraron un modelo arquetípico de toma de decisiones distribuida. El objetivo fue estudiar la capacidad colectiva del sistema para responder a perturbaciones externas locales. Los resultados de la ciencia de redes teóricas se verificaron con experimentos sobre el comportamiento colectivo de un enjambre de robots terrestres. Revelaron una relación no trivial entre la dinámica de la perturbación y la topología de red óptima. La respuesta colectiva emergente del enjambre a una perturbación que cambia lentamente aumenta con el grado de la red de interacción, pero lo contrario es cierto para la respuesta a uno que cambia rápidamente. Su estudio descubrió la existencia de un número específico de interacciones entre las unidades necesarias para producir una respuesta colectiva óptima.

El investigador principal, Profesor asociado del SUTD Roland Bouffanais, dijo:"Dada la explosión en el desarrollo de sistemas distribuidos / descentralizados, esta investigación muestra que un recableado dinámico de la red de interacción es esencial para las operaciones colectivas efectivas de estos complejos sistemas de ingeniería en diferentes escalas de tiempo ".

Los detalles de este trabajo aparecieron en el Avances de la ciencia el 3 de abril de 2019.