Figura 1. Una rana arborícola japonesa macho que produce el tipo de llamada examinada en este estudio. Crédito:Universidad de Osaka
Si alguna vez has acampado junto a un estanque, sabes que las ranas hacen ruido por la noche; pero lo que quizás no sepa es cuán funcionales y regulados son realmente sus coros. Las ranas se comunican con el sonido, y en medio de su alboroto hay un sistema orquestado internamente que permite que la información se transmita con mayor claridad al mismo tiempo que permite coros colectivos y tiempo para descansar. Investigadores de la Universidad de Osaka y la Universidad de Tsukuba buscaron aprovechar esta perspicacia anfibia para objetivos matemáticos y tecnológicos.
El equipo analizó los patrones de llamada de las ranas arborícolas japonesas machos en diferentes intervalos de tiempo. Para hacerlo colocaron tres ranas en jaulas individuales dentro y grabaron su interacción vocal. Descubrieron que las ranas evitaban los graznidos superpuestos y cambiaban colectivamente entre llamar y silenciar. Luego, los investigadores crearon un modelo matemático para adaptar las enseñanzas acústicas de las ranas para obtener beneficios tecnológicos, ya que tales patrones son similares a los que se valoran en las redes. Los hallazgos se informan en la revista. Ciencia Abierta de la Royal Society .
"Descubrimos que las ranas vecinas evitaron la superposición temporal, que permite un camino claro para que se escuchen las voces individuales, "explica el coautor del estudio, Daichi Kominami." De esta misma manera, los nodos vecinos en una red de sensores necesitan alternar los tiempos de transmisión de datos para que los paquetes de datos no choquen ".
En los tríos de ranas observados, también hubo momentos de alternancia entre silencios colectivos y coros. La evitación de superposición fue consistente (determinista), mientras que las últimas convocatorias colectivas fueron más variadas (estocásticas). Otra utilidad en el patrón fue la forma inteligente en que permite a las ranas descansar descansos de su llamado, que demanda mucha energía.
Figura 2. Relación entre un coro de ranas y una red de sensores inalámbricos. Crédito:Universidad de Osaka
Luego, los investigadores desarrollaron un modelo matemático que incorpora los principales patrones de interacción de las ranas y los adapta a un formato basado en fases utilizable por medios tecnológicos.
"Modelamos los estados de llamada y silencio de una manera determinista, "según el autor principal Ikkyu Aihara, "mientras modelaba las transiciones hacia y desde ellos de una manera estocástica. Esos modelos reproducían cualitativamente el patrón de llamada de ranas reales y luego eran útiles en el diseño de sistemas autónomos de comunicación distribuida".
Tales sistemas deben regular inteligentemente el dar y recibir, actividad y descanso. Por lo tanto, como la tercera parte del estudio, los investigadores aprovecharon el modelo para la gestión del tráfico de datos en una red de sensores inalámbricos. Estas redes son un componente clave en la Internet de las cosas, ya que sus nodos sensores dispersos miden y comunican diferentes características ambientales. Luego, a través de una compleja coordinación, los datos recopilados se envían a un sistema central.
Figura 3. Datos empíricos sobre un coro de ranas; las ranas macho alternan sus llamadas en una escala de tiempo corta, alternar colectivamente entre estados de llamada y silenciosos. Crédito:Universidad de Osaka
Descubrieron que la alternancia a corto plazo era especialmente eficaz para evitar colisiones de paquetes de datos. Mientras tanto, las transiciones cíclicas y colectivas a largo plazo ofrecían promesas para regular el consumo de energía.
"Hay un doble beneficio en este estudio, ", dice el coautor Masayuki Murata." Conducirá a ambos a un mayor conocimiento biológico en la comprensión de los coros de ranas, ya una mayor eficiencia tecnológica en las redes de sensores inalámbricos ".
