Zwermen en scholen

Spreeuwen en bijen en haringen: in grote groepen bijeen lijkt het alsof zwermen en scholen een eigen leven hebben. Ze draaien en keren en steeds ontstaan nieuwe patronen en vormen. Vroeger dacht men dat het telepathie was… nu laten computermodellen iets anders zien.

Boven de Groningse velden kun je het soms zien, grote wolken van spreeuwen, boven Rome bijna iedere middag in de nazomer. Moderne modelsimulaties laten zien dat het minder ingewikkeld is dan het lijkt. Een goed gecoördineerde zwerm ontstaat al als individuen eenvoudige regels volgen, waarbij ze ervoor zorgen:

niet te botsen met een ander –separation-
dezelfde kant op te bewegen als degenen naast hen -alignment-, en
dat ze in een groep blijven -cohesion-

De filmbeelden in Science LinX laten dat mooi zien. Deze filmpjes zijn gemaakt door de vakgroep Diergedrag in Rome die in het Europese netwerk StarFlag spreeuwenzwermen waarnemen en meten. Hier in Groningen laten Charlotte Hemelrijk en Hanno Hildenbrandt van de vakgroep Theoretische Biologie nu samen met hun Europese collega’s zien, dat door die paar regels de zwermen zich wel in het horizontale vlak bewegen, maar niet naar boven en naar beneden. Om de zwermen van de video’s na te bootsen is er dus nog meer nodig.

Charlotte Hemelrijk legt uit, ‘we moeten laten zien dat de vogels over hun zijde kantelen als ze een bocht nemen. Onder toevoeging van zulk kantelen en nog enkele natuurkundige krachten (bijvoorbeeld zwaartekracht) begint het er wat op te lijken.’ De theoretisch biologen krijgen de zwermen zo toch natuurgetrouw in het computer model. Lijkt het op de video? Experts zeggen van wel.

‘Dat betekent, dat zwermen niet door telepathie ontstaan’, vervolgt Charlotte, ‘maar doordat individuen op hun buren letten en met hen coördineren. Door zelforganisatie dus.’ Zulke zwermen ontstaan dus deels vanzelf, en uit de regels die de individuen volgen kun je niet het geheel voorspellen.

Daarmee is het van spreeuwen maar een kleine stap naar andere complexe systemen. Bij de groep Kunstmatige Intelligentie – KI, wordt ook de natuur als inspiratiebron genomen. Deze groep probeert intelligentie, in de breedste zin van het woord, te begrijpen. Als je nu een spreeuw vervangt door een robot, kunnen die robots zich dan ook aan de hand van eenvoudige regels ‘intelligent’ gaan gedragen?

Een vergelijkbaar en simpel voorbeeld komt van Joep Boers, van de groep KI. Hij beschrijft de zogenaamde Braitenberg vehicles. Robotjes uitgerust met twee wieltjes en twee lichtsensoren. De lichtsensoren worden gekoppeld aan de motoren van de wieltjes en zorgen ervoor dat deze sneller of juist langzamer draaien, afhankelijk van de lichtsterkte. Deze eenvoudige opstelling levert al behoorlijk complex gedrag op, dat afhankelijk is van hoe ingewikkeld de wereld is waar de robot zich in begeeft. Denk maar aan het aantal en positie van de lichtbronnen en aantal robots.

Ook hier is het geen chaos, want dan zou het helemáál niet te voorspellen zijn. Het is geen statisch of periodiek systeem, want dan is het volledig te voorspellen. Het is complex gedrag, dat maar voor een deel voorspelbaar is, bijvoorbeeld alleen over kleine periodes.

Zelforganisatie; duidelijk meer dan de som der delen.

Links

Colofon
Met bijzondere dank aan: drs. Gert Kootstra, prof. dr. Charlotte Hemelrijk, dr. Hanno Hildenbrandt, drs. Joep Boers, Erwin Scholtens, drs. Claudio Carere, Herman Eldering. Neem contact op met iemand van Science LinX indien je hier ook genoemd zou moeten worden.

Auteurs
Charlotte Hemelrijk en Joep Boers