Anturiverkoille mallia sammakoilta

Urospuolinen japanilainen puusammakko, joka tuottaa tässä tutkimuksessa tutkitun kutsutyypin.

Keväällä sammakot pitävät melkoista kuorolaulantaa; mutta se mitä et ehkä tiedä, kuinka toimivaa ja säänneltyä heidän kurnutuksensa todella on.

Sammakoiden samanaikainen kurnutus on järjestäytynyt järjestelmä, jonka avulla informaatio pääsee läpi selkeämmin samalla kun sallitaan kollektiiviset kuorot ja toisaalta aika levätä.

Japanilaisten Osakan ja Tsukuban yliopistojen tutkijat lähtivät hyödyntämään tätä ominaisuutta teknologisia tavoitteita ajatellen.

Tutkijaryhmä tarkasteli japanilaisten puusammakoiden kutsumalleja eri aikavälein. Havaittiin, että sammakot välttävät päällekkäisyyksiä ja vaihtavat keskinäisten kutsujen ja hiljaisuuden välillä. Tästä tutkijat loivat sitten matemaattisen mallin jota ajateltiin voitavan hyödyntää langattomissa monipisteisissä verkostoissa.

”Havaitsimme, että lähekkäiset sammakot välttivät ajallista päällekkäisyyttä, mikä sallii selkeän polun yksittäisille äänille tulla kuulluksi,” selittää tutkija Daichi Kominami. ”Samalla tavalla anturiverkon naapurisolmujen olisi vaihdettava tiedonsiirron ajoituksia niin, jotta datapaketit eivät törmäile.”

Tutkitussa sammakkokurnutuksessa oli vaihtelevia aikoja kollektiivisten hiljaisuuksien ja kuorojen välillä. Päällekkäisyyksien välttäminen oli johdonmukaista (determinististä) kun taas jälkimmäiset kollektiiviset laulannat olivat vaihtelevampia (stokastisia). Lisähyöty kuviossa oli se, miten älykkäästi se sallii sammakoiden levätä kutsukurnutuksista, mikä vaatii paljon energiaa.

Tutkijat kehittivät sitten matemaattisen mallin, joka sisälsi sammakoiden tärkeimmät vuorovaikutusmallit ja mukauttivat ne muotoon, jota voidaan käyttää esimerkiksi langattomissa verkoissa.

Menetelmän avulla naapurisolmut voivat välttää pakettien törmäyksen lyhyellä aikavälillä vaihtelemalla tiedonsiirron ajoitusta ja kaikki solmut vaihtavat yhteisesti tilojaan pidemmillä aikajaksoilla, luoden tehokkaat verkkoyhteydet samalla kun verkon yleistä tehonkulutusta vähennetään.

Tällainen sammakoiden yhteislaulannan ainutlaatuinen dynamiikka useissa aikajaksoissa tarjoaa uuden, biologisesti inspiroidun tekniikan, jota voidaan käyttää monipisteisen ja useita hyppyjä sisältävän langattoman anturiverkon ohjaukseen.

Aiheesta aiemmin:

Kuinka käyttää kaistanleveyttä tehokkaammin?

ZigBee avaruuteen