Axum - programacion de sistemas complejos

Axum es un nuevo lenguaje de programación desarrollado por Microsoft para según su definición: "utilizar la arquitectura de la Web y los principios de aislacion (isolation), Actores (agentes), y traspaso de mensajes entre estos actores, a fin de aumentar las seguridad de aplicaciones, escalabilidad, capacidad de respuesta, y productividad de los desarrolladores".

Este programa esta aun en fase experimental, y esta a libre disposición en la red, para ser instalado dentro del marco .NET. Ademas Microsoft ha puesto a disposición de la comunidad una guía basica para programadores.

Los programas comienzan con la palabra AGENT, por lo que escribir un programa en Axum no es nada mas que definir las funciones e interacciones de este agente a mensajes que puedan venir de otros actores y los mensajes que este Agente pueda querer enviar a su medio.

Enjambres roboticos

Enjambres roboticos es un nuevo acercamiento a la coordinacion de sistemas de multiples robots, el que consiste de grandes numeros de robots relativamente simples. Se supone que un comportamiento colectivo deseado emerge de las interacciones de los robots entre si, y de estos robots con el medio ambiente.

Definicion:
La investigacion en enjambre roboticos es el estudio y diseño de robots, su constitucion fisica y caracteristicas de comportamiento. Esta inspirado en, pero no limitado al comportamiento observado en insectos sociales (hormigas, abejas) y los resultados que emergen de esto, denominado inteligencia de enjambre. Un aspecto clave es la comunicacion entre sus miembros, que construye un sistema de retroalimentacion constante.
En esta foto se muestra un desarrollo de la Universidad de Stuttgart de entes roboticos que se pueden agregar de forma dinamica e interactuar con el mundo fisico para resolver obstaculos:

Esto no solo otorga una gran flexibilidad al sistema, sino que ademas permite a sistemas completos el funcionar sin tutela constante externa, y de forma altamente dinamica.

Para mas informacion visita
www.swarmrobot.org
www.symbrion.eu

Percolacion en redes de nidos de insectos - Paper

Optimización ha sido demostrada ser la fuerza principal detrás de la evolución de estructuras biológicas, tal como mapas neurales en el cerebro, o redes de transporte. Este Paper espera demostrar que las colonias de insectos, y las redes que estos forman, también muestran algunas de estas características de optimalidad. Al usar una representación gráfica de nidos de termitas en un modelo estructurado, se encuentra que su distribución esta muy cercana al limite de percolación . Esto sugiere que las termitas construyen un sistema eficiente de galerías, que abarcan la gran mayoría del nido a bajo costo. Las consecuencias evolutivas son también mencionadas.

Lee este paper aqui (en ingles)

Complicado versus Complejo

Esta es una buena represenntacion para apreciar la diferencia entre lo complejo y lo complicado.

De las hormigas a la gente - el instinto de enjambre

Este articulo, publicado el 2007 en el New York Times, estudia a las hormigas — como también a las aves, peces, langostas y otros animales que formen grupos - el Dr. Couzin y sus colegas han comenzado a descubrir una serie de reglas simples que permiten que estas agrupaciones funcionen tan bien. Esas reglas permiten que miles de animales relativamente simples formen un cerebro colectivo capaz de tomar decisiones y movilizarse como un solo organismo.

Descifrar estas reglas es un gran desafío, dado que estas reglas emergen de forma impredecible de las acciones de miles o millones de individuos.

Lean este articulo aquí.(En ingles)

Observando comportamiento de ejambre durante su diseno evolutivo

Algoritmos evolutivos (Evolutionary Algorithms-EAs) pueden ser utilizados para diseñar Algoritmos de Optimización de partículas de Enjambre (Particle Swarm Optimization-PSO) algoritmos que trabajan, en algunos casos, considerablemente mejor que otros generados por humanos. Al analizar el proceso evolutivo que toma lugar para el diseño de un algoritmo PSO, podemos identificar una serie de fenómenos de enjambre (e.g. patrones y reglas) que pueden darnos gran información en relación al comportamiento del enjambre. Las reglas observadas nos pueden asistir en la creación de mejores algoritmos PSO para la Optimización. En este Paper, se investiga y analiza los fenómenos de enjambre a través de la evolución de los algoritmos PSO.

Lean este Paper aquí(en Ingles)

Teoria de Enjambres - National Geographic

Asi es como la inteligencia de enjambres funciona: Criaturas simples que siguen reglas simples, cada una actuando sobre la informacion local que poseen. Ninguan de las hormigas ve el contexto general. Ninguna hormiga le dice a otra que hacer.

El punto mas importante, como dice Iain Couzin, un biólogo de las universidades de Princeton y Oxford, es que no se requiere de figuras de liderazgo. "Incluso comportamientos complejos pueden ser coordinador por interacciones relativamente simples." dice.

Lee este articulo aca (en ingles)

Automatas Celulares expresados en la naturaleza

La gran mayoria de lo que escribo en este blog es una compilacion del conocimiento en relacion a los sistemas complejos, a medida que lo voy descubriendo. Es un mundo de informacion teorica que deo explorar y de alguna manera ordenar a medida que vanzo por él, siendo mi meta final el obtener un doctorado en este tema.
Es por tanto muy estimulante el encontrar evidencia de manifestaciones de hecho en el mundo natural, como la mostrada aqui, donde Conus Textile exhibe el patron descrito por los Algortitmos Calulares de Stephen Wolfram, que genera patrones de reglas locales simples, tal como el juego de la vida de Conway. La similitud para mi es impresionante.

Algortmos para Bandadas de Pajaros

Una simulacion de bandadas de pajaros muy influyente fue publicada por Craig Reynolds en 1987. Reynolds asumió que las bandadas de pajaros eran definidas por 3 fueras locales para su conformación: Evtar colisiones, ajustar velocidad y centrado en la bandada. Reynolds llamó a estos entes, “boids”, nombre dado por él a sus aves simuladas, y éstos:


1.- Cambian su direccion antes de colisionar entre ellos

2.- Tratan de avanzar a la misma velocidad que sus vecinos en la bandada

3.- Intentan moverse hacia el centro de la bandada como ellos la perciben

a traves de la implementacion de estas 3 reglas muy simples, los programas de Reynolds muestran un comportamiento de bandada muy realista, con clusters de boids danzando en un espacio tridimensional, partiendo la bandada alrededor de obstaculos, y juntándose nuevamente. Reynolds ha incluso generado la animacion de manadas y bandadas en peliculas, y su algoritmo simple pero no centralizado está detras de muchas animaciones, aplicacion conocida como Behavioral Animation (e.g. el Rey Leon de Disney)

Algunos software han sido desarrolados para explofrar este tipo de programacion, e incluso existen programas de codigo abierto (Opensource) disponibles, tal como Opensteer, un programa desarrollado por Craig Reynolds, y disponible para experimetar Online.

Coevolucion de Sistemas Cooperativos - Paper

A traves de sistemas competitivos heterogeneso, asumiendo cooperacion interna y competencia No justa inter-sistema, este paper demuestra como la coevolucion de los parametros de este sistema (grado de competencia justa e injusta) depende de la provision externa de recursos. Este tipo de interaccion se encuentra en sistemas sociales, economicos, ecologicos y bioquimicos, y como un ejemplo, se considera el ejemplo de carteles vendedores de drogas.

El modelo consiste en una serie de unidades (individuos, maquinas, enzimas, etc.) agrupados en una serie de sistemas (organizaciones, fabricas, glyicosomas, etc.) cada uno compuesto por un numero fijo de unidades, y que pueden estar organizadas en tres configuraciones:
1.- Aislados (monomeros),
2.- Cooperando en parejas (dimeros), y
3.- Cooperando en grupos de a cuatro(tetrameros).

Las unidades involucradas en estas configuraciones cooperativas aumentan su habilidad al obtener recursos (clientes, materias primas, substarto, etc).

La disponibilidad de recursos puede ser alterada a traves de inhibidores. Cuando una unidad absorbe un inhibidor, su funcion se bloquea por un periodo de tiempo. Cuando la unidad pertenece a un dimero o tetramero, toda las otras unidades constituyentes tambien son bloqueadas como resultado de la absorcion de este inhibidor. Dos parametros caracterizan cada sistema: la fraccion de monomeros, y la produccion promedio de inhibidores por el sistema. Al usar algoritmos geneticos, observamos que la evolucion de los parametros del sistema mantiene sus valores promedio en el largo plazo para razones de abastecimiento latas y bajas, pero tiende a mostrar transiciones evolutivas globales cuando el abastecimiento de materias primas fluctua entre la abundancia y la escasez.

You can access this Paper here

Festo's Bionic Learning Network

Festo's Bionic Learning Network has developed two colonies of bionic penguins that demonstrate collective behaviour. This type of behaviour - which psychologists also call crowd behaviour - refers to social processes which emerge in a spontaneous manner when members of a group interact. In robotic terms, each penguin is an autonomous self-regulating unit that is free to explore its defined environment using complex built-in navigation and communication facilities, and is capable of modifying its behaviour in the presence of others, to fulfil a group purpose.

Festo believes that autonomous, self-regulating processes are likely to become increasingly significant in automated production systems of the future. An example of this technology could be the organisation of highly flexible, autonomous robots within a pull-through production environment.

The transfer flow, from research to practical everyday use, is already apparent: the penguins use the highly innovative 3D Fin Ray Effect structure - co-developed with the specialist bionics company EvoLogics GmbH - to create very lifelike movement of their heads and tails. The 3D Fin Ray Effect structure is based on two flexible bands which meet at their tips to form a triangle, with interconnecting links spaced at regular intervals. Festo has incorporated this structure in an adaptive gripping device known as the FinGripper, manufactured from polyamide powder using a selective laser sintering process, which weighs just 10% of its equivalent metal counterpart and is capable of moving pressure-sensitive work-pieces of varying shapes and sizes very efficiently. To further demonstrate the potential benefits of this technology, Festo has taken its kinematic tripod robot solution and developed a dynamic display called BionicTripod, which integrates the gripper with an innovative 3-axis positioning system.


Festo is releasing two colonies of bionic penguins on the unsuspecting public, at the Hannover Messe trade exhibition in Germany. Each colony comprises three individuals. The AquaPenguins are confined to a water tank, and use special 3D sonar to swim around and explore their environment without bumping into one another. But the AirPenguins are a different matter altogether; perhaps because their real-life counterparts have evolved to the point where they are unable to fly like other marine birds, the bionic versions seem determined to make up for lost time. Although the air space available for these helium-filled creatures is loosely defined by ultrasonic transmitting stations, they are entirely free to move around their 'sea of air' without let or hindrance, using Xbee wireless links to communicate with each other.

For a video on these bionic AQUA PENGUINS, click here.

For a video on these bionic AIR PENGUINS, click here.

Physics and Complexity

This paper is concerned with complex macroscopic behaviour arising in many-body systems through the combinations of competitive interactions and disorder, even with simple ingredients at the microscopic level. It attempts to indicate and illustrate the richness that has arisen, in conceptual understanding, in methodology and in application, across a large range of scientific disciplines, together with a hint of some of the further opportunities that remain to be tapped. In doing so it takes the perspective of physics and tries to show, albeit rather briefly, how physics has contributed and been stimulated.

Access this paper here

The secret, social lives of bacteria

This video above is called The secret, social lives of bacteria, by a very dynamic speaking and brilliant molecular biologist named Bonnie Bassler of Princeton.

Unless you need to study about bacteria in some way, this 18 minute talk is pretty much all you need to know about bacteria and their impact on us. However, this is not just basic fundamental Bacteria 101. It also has cutting edge science put in such basic terms we could all understand it and be amazed. So even if you did study bacteria, there is likely something you can still learn from this talk. They need to show this video in any introductory class having anything to do with bacteria!

The amazing parts about this talk show a simple but potent system in the way bacteria strategically work together, and how we can use that system to negate their potential harm to us rather than killing them with antibiotics. Bacteria have to strategically work together because they are so small it is only together that they can have any impact on us. Their communications system is a simple but brilliant system of determining how many bacteria are in some locale, and bacteria of each types around them, and if that is sufficient numbers to do something. So much for having no brains! We have brains and yet we couldn’t hope to organize ourselves so effectively most of the time!

The language of bacteria is also discussed, and what’s shocking is the molecules they use to send out and receive to detect their numbers and identities all have a common root. No exceptions! It’s like our languages stemming from a common family! This discovery then allows us to create similar molecules to fool the bacteria into not doing what we don’t want them to, without killing them like antibiotics does. The reason for this is because antibiotics, in killing the bacteria, allows the ones that survive to mutate and become stronger. We are facing a huge antibiotic resistance from bacteria right now due to our overuse of antibiotics. If we keep this up, we will not win this war.

However, if we just fool the bacteria by running interference with their communication systems, to the point they never know there are enough of themselves to attack, they won’t mutate nearly as quickly. And we can do this specifically for all kinds of bacteria because their language molecules are very simple to determine.

Dawkins at Atheists 2009, Atlanta,GA