Informática

Cantos de sapos otimizam redes sem fios

Cantos de sapos otimizam redes sem fios
Dados empíricos de um coro de sapos. Os sapos machos alternam suas chamadas em escalas de tempo longa e curta, trocando coletivamente entre estados de chamada e silenciosos.[Imagem: Osaka University]

Sinfonia batráquia

Se você já acampou perto de um lago, conhece bem a cantoria dos sapos à noite.

O que você talvez não saiba é quão funcionais e regulados são os seus chamados e refrãos.

Os sapos cantam para se comunicar e, em meio àquela cantoria aparentemente caótica, há na verdade um sistema orquestrado que permite que as informações sejam transmitidas com mais clareza, ao mesmo tempo em que permite coros coletivos e até tempo para descanso de cada "músico".

Pesquisadores das universidades de Osaka e Tsukuba sabiam disso, e decidiram usar essa perspicácia anfíbia para objetivos matemáticos e tecnológicos - mais especificamente, para otimizar as redes de dados da internet das coisas.

Temporização de dados

Ikkyu Aihara e seus colegas analisaram os padrões de vocalização de pequenas pererecas que vivem em árvores (Hyla japonica) e descobriram que os indivíduos evitam cantos sobrepostos e trocam coletivamente entre o cantar e o silêncio, criando padrões de comunicação muito semelhantes àqueles usados nas redes de computadores.

"Nós descobrimos que os sapos vizinhos evitam a sobreposição temporal, o que permite uma rota clara para as vozes individuais serem ouvidas," explicou o professor Daichi Kominami. "Da mesma forma, nós vizinhos em uma rede de sensores precisam alternar os tempos de transmissão de dados para que os pacotes de dados não colidam."

Os sapos também apresentaram momentos de alternância entre silêncios coletivos e coros. Evitar a sobreposição mostrou ser consistente (determinístico), enquanto as chamadas coletivas foram mais variadas (estocásticas). Uma outra utilidade no padrão foi a maneira inteligente usada para permitir que as rãs descansem de sua cantoria, que exige uma grande quantidade de energia.

Cantos de sapos otimizam redes sem fios
Relação entre um coro de sapos e uma rede de sensores sem fio. [Imagem: Osaka University]

Rede da internet das coisas

Os pesquisadores então criaram um modelo matemático para adaptar os ensinamentos acústicos dos sapos para benefício tecnológico, uma vez que os sistemas informáticos devem regular envio e recepção de dados, assim como atividade e pausa.

Esse modelo foi aplicado ao gerenciamento do tráfego de dados em uma rede de sensores sem fio. Essas redes são um componente-chave da internet das coisas, com seus nós dispersos medindo e comunicando diferentes características ambientais. Esses dados coletados devem ser enviados para uma central, o que exige uma coordenação complexa de um sistema que não conta com grandes poderes de processamento, já que cada sensor precisa consumir o mínimo possível de energia.

Os resultados mostraram que a técnica de temporizações curtas inspirada nos sapos é especialmente eficaz para evitar colisões de pacotes de dados. Enquanto isso, as transições cíclicas e coletivas na escala longa de tempo regulam o consumo de energia de cada sensor.

Ou seja, se quisermos observar a natureza com nossos sensores, é bastante sábio aprender como a própria natureza controla a si mesma de forma eficiente e com o menor gasto possível de energia.

Bibliografia:

Mathematical modelling and application of frog choruses as an autonomous distributed communication system
Ikkyu Aihara, Daichi Kominami, Yasuharu Hirano, Masayuki Murata
Royal Society Open Science
DOI: 10.1098/rsos.181117




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