Flocado (comportamiento) - Flocking (behavior)

Dos bandadas de grullas comunes
Una bandada de estorninos con forma de enjambre

La bandada es el comportamiento que se exhibe cuando un grupo de aves, llamado bandada , se alimentan o vuelan.

Las simulaciones por computadora y los modelos matemáticos que se han desarrollado para emular el comportamiento de las aves en bandadas también se pueden aplicar generalmente al comportamiento de "bandadas" de otras especies. Como resultado, el término "bandadas" se aplica a veces, en informática, a especies distintas de las aves.

Este artículo trata sobre el modelado del comportamiento de las bandadas. Desde la perspectiva del modelador matemático, "agruparse" es el movimiento colectivo de un grupo de entidades autopropulsadas y es un comportamiento animal colectivo exhibido por muchos seres vivos como aves , peces , bacterias e insectos . Se considera un comportamiento emergente que surge de reglas simples que son seguidas por los individuos y no implica ninguna coordinación central.

En naturaleza

Existen paralelismos con el comportamiento de los peces en los bancos de arena , el comportamiento de enjambre de insectos y el comportamiento de manada de los animales terrestres. Durante los meses de invierno, se sabe que los estorninos se agregan en grandes bandadas de cientos a miles de individuos, murmuraciones , que cuando emprenden el vuelo por completo, hacen grandes exhibiciones de intrigantes patrones de remolinos en los cielos por encima de los observadores.

El comportamiento de las agrupaciones fue simulado en una computadora en 1987 por Craig Reynolds con su programa de simulación, Boids . Este programa simula agentes simples (boids) a los que se les permite moverse de acuerdo con un conjunto de reglas básicas. El resultado es similar a una bandada de pájaros , un banco de peces o un enjambre de insectos .

Medición

Se han realizado mediciones de la bandada de aves utilizando cámaras de alta velocidad y se ha realizado un análisis por computadora para probar las reglas simples de la bandada mencionadas anteriormente. Se encuentra que generalmente son válidas en el caso de la bandada de aves, pero la regla de atracción de largo alcance (cohesión) se aplica a los 5-10 vecinos más cercanos del ave en bandada y es independiente de la distancia de estos vecinos al ave. Además, hay una anisotropía con respecto a esta tendencia cohesiva, con más cohesión que se exhibe hacia los vecinos a los lados del ave, en lugar de delante o detrás. Es probable que esto se deba a que el campo de visión del ave voladora se dirige hacia los lados en lugar de directamente hacia adelante o hacia atrás.

Otro estudio reciente se basa en un análisis de imágenes de cámaras de alta velocidad de bandadas por encima de Roma y utiliza un modelo informático que asume reglas de comportamiento mínimas.

Algoritmo

Normas

Los modelos básicos de comportamiento en bandadas están controlados por tres reglas simples:

Separación
Evite la aglomeración de vecinos (repulsión de corto alcance)
Alineación
Dirigirse hacia el rumbo promedio de los vecinos
Cohesión
Dirigirse hacia la posición promedio de los vecinos (atracción de largo alcance)

Con estas tres reglas simples, la bandada se mueve de una manera extremadamente realista, creando un movimiento e interacción complejos que serían extremadamente difíciles de crear de otra manera.

Variantes de regla

El modelo básico se ha ampliado de varias formas diferentes desde que Reynolds lo propuso. Por ejemplo, Delgado-Mata et al. extendió el modelo básico para incorporar los efectos del miedo. El olfato se utilizó para transmitir emociones entre animales, a través de feromonas modeladas como partículas en un gas de expansión libre.

Hartman y Benes introdujeron una fuerza complementaria al alineamiento que denominan cambio de liderazgo. Este novillo define la posibilidad del pájaro de convertirse en líder y tratar de escapar.

Hemelrijk y Hildenbrandt utilizaron la atracción, la alineación y la evasión, y ampliaron esto con una serie de rasgos de los estorninos reales:

  • los pájaros vuelan de acuerdo con la aerodinámica de las alas fijas, mientras giran al girar (perdiendo sustentación);
  • se coordinan con un número limitado de vecinos de interacción de 7 (como estorninos reales);
  • intentan permanecer por encima de un lugar donde duermen (como lo hacen los estorninos al amanecer), y cuando se mueven hacia afuera desde el lugar donde duermen, regresan a él girando; y
  • cuarto, se mueven a una velocidad fija relativa.

Los autores demostraron que las características específicas del comportamiento de vuelo, así como el gran tamaño de la bandada y el bajo número de compañeros de interacción, fueron esenciales para la creación de la forma variable de las bandadas de estorninos.

Complejidad

En las simulaciones de flocado, no existe un control central; cada pájaro se comporta de forma autónoma. En otras palabras, cada ave tiene que decidir por sí misma qué bandadas considerar como su entorno. Por lo general, el entorno se define como un círculo (2D) o una esfera (3D) con un cierto radio (que representa el alcance).

Una implementación básica de un algoritmo de bandadas tiene complejidad : cada ave busca entre todas las demás aves para encontrar aquellas que caen en su entorno.

Posibles mejoras:

  • bin- lattice espacial subdivisión. Toda el área en la que puede moverse la parvada se divide en varios contenedores. Cada contenedor almacena las aves que contiene. Cada vez que un pájaro se mueve de un contenedor a otro, el enrejado debe actualizarse.
    • Ejemplo: cuadrícula 2D (3D) en una simulación de flocado 2D (3D).
    • Complejidad:, k es el número de bins circundantes a considerar; justo cuando se encuentra el contenedor de pájaros en

Lee Spector, Jon Klein, Chris Perry y Mark Feinstein estudiaron el surgimiento del comportamiento colectivo en los sistemas de computación evolutivos.

Bernard Chazelle demostró que bajo el supuesto de que cada ave ajusta su velocidad y posición a las otras aves dentro de un radio fijo, el tiempo que tarda en converger a un estado estable es una exponencial iterada de altura logarítmica en el número de aves. Esto significa que si el número de aves es lo suficientemente grande, el tiempo de convergencia será tan grande que bien podría ser infinito. Este resultado se aplica solo a la convergencia a un estado estable. Por ejemplo, las flechas disparadas al aire en el borde de una bandada harán que toda la bandada reaccione más rápidamente de lo que puede explicarse por las interacciones con los vecinos, que se ralentizan por el retraso en el sistema nervioso central del ave: pájaro a -de pájaro a pájaro.

Aplicaciones

El comportamiento de bandada en humanos puede ocurrir cuando las personas se sienten atraídas hacia un punto focal común o cuando son repelidas, como se muestra a continuación: una multitud que huye del sonido de los disparos.

En Colonia, Alemania, dos biólogos de la Universidad de Leeds demostraron un comportamiento similar al de una bandada en humanos. El grupo de personas exhibió un patrón de comportamiento muy similar al de una bandada, donde si el 5% de la bandada cambiaba de dirección, los demás seguirían su ejemplo. Cuando una persona fue designada como depredador y todos los demás debían evitarlo, la bandada se comportó como un banco de peces.

El flocado también se ha considerado un medio para controlar el comportamiento de los vehículos aéreos no tripulados (UAV).

El flocado es una tecnología común en los protectores de pantalla y ha encontrado su uso en la animación. El flocado se ha utilizado en muchas películas para generar multitudes que se mueven de manera más realista. Tim Burton 's Batman vuelve (1992) presentaron acuden murciélagos.

El comportamiento de flocado se ha utilizado para otras aplicaciones interesantes. Se ha aplicado para programar automáticamente estaciones de radio multicanal de Internet. También se ha utilizado para visualizar información y para tareas de optimización.

Ver también

Referencias

Otras fuentes

enlaces externos