Patrones de autoorganización en las hormigas

Las hormigas son animales simples y su repertorio de comportamientos se limita a entre diez y cuarenta comportamientos elementales. Este es un intento de explicar los diferentes patrones de autoorganización en las hormigas . ^{[ 1 ]}

Las colonias de hormigas son sistemas autoorganizados: los comportamientos colectivos complejos surgen como resultado de las interacciones entre muchos individuos, cada uno siguiendo un conjunto simple de reglas, no mediante instrucciones jerárquicas de individuos de élite o de la reina. Ninguna obrera posee un conocimiento universal de las necesidades de la colonia; las obreras individuales reaccionan únicamente a su entorno local. Por ello, las hormigas son una fuente de inspiración popular para el diseño en ingeniería de software, robótica, diseño industrial y otros campos que implican la colaboración de muchas piezas simples para realizar tareas complejas. ^{[ 2 ]}

El modelo más popular actualmente de autoorganización en hormigas y otros insectos sociales es el modelo de umbral de respuesta . Un umbral para una tarea particular es la cantidad de estímulo, como una feromona o interacciones con otras obreras, necesaria para que la obrera realice la tarea asociada. Un umbral más alto requiere un estímulo más fuerte y, por lo tanto, se traduce en una menor preferencia por realizar una tarea específica. Diferentes obreras tienen diferentes umbrales para diferentes tareas, lo que permite que algunas obreras funcionen como especialistas que realizan preferentemente una o más tareas. Los niveles de umbral pueden verse afectados por varios factores: la edad de la obrera, ya que las obreras frecuentemente cambian del trabajo dentro del nido al trabajo fuera del nido con la edad; ^{[ 3 ]} el tamaño, ya que las obreras más grandes a menudo realizan diferentes tareas, como la defensa o el procesamiento de semillas; la casta; la salud, ya que las lesiones pueden alentar a las obreras jóvenes a cambiar al trabajo fuera del nido antes; ^{[ 3 ]} o estar distribuidos aleatoriamente. A medida que aumenta la demanda de una tarea, también aumenta la proporción de obreras cuyos umbrales se cumplen; a medida que disminuye la demanda, se cumplen los umbrales de menos obreras y se asignan menos obreras a esa tarea. De esta forma, reglas individuales sencillas permiten regular el trabajo a gran escala en diversos entornos. Este sistema también puede evolucionar en respuesta a diferentes ambientes y estrategias de ciclo de vida, lo que explica la enorme variación observada en las hormigas.

Se trata de una transición instantánea de todo el sistema a un nuevo patrón estable cuando se alcanza un umbral. La bifurcación también se conoce como multiestabilidad, en la que son posibles muchos estados estables. ^{[ 4 ]}

Ejemplos de tipos de patrones:

1. Transición entre patrones desordenados y ordenados
2. Transición desde el uso equilibrado de muchas fuentes de alimentos a una sola fuente.
3. Formación de galerías de anidación ramificadas.
4. Preferencia grupal por una salida en las hormigas que escapan.
5. Formación en cadena mediante el agarre mutuo de las piernas.

Patrones oscilantes de actividad en los que los individuos con diferentes niveles de actividad se estimulan mutuamente, surgiendo de la activación mutua. ^{[ 4 ]}

Ejemplos de tipos de patrones:

1. Ritmos de escala corta que surgen de la activación mecánica por contacto físico.
2. Ritmos a largo plazo en los que los cambios temporales en las necesidades alimentarias y las larvas estimulan cambios en el ciclo reproductivo.

Ondas viajeras de concentración química o deformación mecánica. ^{[ 4 ]}

Ejemplos de tipos de patrones:

1. Ondas de alarma propagadas por contacto físico.
2. La rotación de senderos se produce por cambios espaciales en los recursos alimenticios que influyen en la actividad de creación de senderos.

La criticidad autoorganizada es una perturbación abrupta en un sistema que resulta de una acumulación de eventos sin estímulos externos. ^{[ 4 ]}

Ejemplos de tipos de patrones:

1. Cambios bruscos en la actividad alimentaria.
2. Agarre mecánico de las patas formando gotitas de hormiga.