SWARM INTELLIGENCE

Applicazioni nel mondo degli uomini

Valerio Cianci – @ValerioCianci

ROMA 29/06/2014

“Il sistema Swarm Intelligence consiste

tipicamente di una popolazione di agenti

semplici, naturali, che interagiscono localmente

uno con l’altro e con il loro ambiente.

Le interazioni tra questi agenti fanno emergere

un comportamento intelligente collettivo

sconosciuto ai singoli agenti.”

Deborah M. Gordon

Cioè?

“Gli agenti seguono regole molto semplici, il loro

gruppo di lavoro è auto-organizzato e la

coordinazione emerge tra le differenti interazioni

tra gli individui nella colonia. Sebbene non ci sia

un controllo centralizzato che decida come i

singoli agenti dovrebbero comportarsi e queste

interazioni potrebbero sembrare primitive, prese

insieme quest’ultime diventano efficienti

soluzioni a problemi complessi e difficili.”

Eric Bonabeau

Leafcutter ants – America centrale

Termitaio in Australia

Quando un predatore colpisce un branco di

pesci, il gruppo è capace di disperdersi in modi

che rendono quasi impossibile per il predatore

riuscire a inseguire il singolo individuo. Possono

esplodere in un flash, creare una specie di bolla

intorno al predatore o fratturarsi in diversi

gocce, prima di riunirsi insieme e nuotare via.

The Genius of Swarms by Peter Miller - National Geographic Magazine

MURMURATION

“L'intelligenza collettiva emergente da

gruppi di singoli agenti”

Eric Bonabeau

“La Swarm Intelligence lavora così: semplici creature

che seguono semplici regole, ognuna agisce su

informazioni locali. Nessuna formica vede il disegno

globale. Nessuna formica dice all'altra cosa fare.

Alcune specie possono farlo in modo più sofisticato delle

altre, ma la base comune è che non è richiesto

nessun controllo centralizzato.”

Deborah M. Gordon

Anche comportamenti

estremamente complessi

possono essere coordinati da

interazioni

estremamente semplici

Flessibilità

La colonia riesce ad adattarsi ai cambiamenti dell'ambiente.

Robustezza

Anche quando un individuo fallisce il gruppo può ancora portare a

termine l'obiettivo.

Auto – OrganizzazioneLe attività non sono controllate da un sistema centrale ne

supervisionate localmente.

Il potere dell'auto-organizzazione

“La stigmergia è un metodo di

comunicazione utilizzato nei sistemi

decentralizzati con il quale gli individui del

sistema comunicano fra loro modificando

l'ambiente circostante...”

by Self-Organization in Biological System

Perchè gruppi di scienziati e

ricercatori stanno spendendo così

tanto tempo a implementare sistemi

che imitano il loro comportamento?

CASE STUDY 1

Alcuni anni fa la Southwest Airlines stava avendo diversi

problemi con le operazioni di trasporto merce. In quegli anni

ebbe ingenti spese con enormi perdite di tempo, nel tentativo

di ottimizzare i propri percorsi per la consegna delle merci

Per ottimizzare le rotte dei voli, la Southwest

inizio ad osservare più da vicino le formiche.

In particolare i ricercatori si concentrarono sul

modo in cui le formiche foraggiano la colonia

seguendo semplici regole.

Grazie a questi miglioramenti, la Southwest

ebbe un guadagno annuale di più di

10 milioni di dollari

“La ricerca nell'ambito degli insetti sociali ha

aiutato diverse compagnie incluse Unilever,

McGraw-Hill, e Capital One a sviluppare

modi più efficienti per organizzare le proprie

strutture, dividere i compiti tra i lavoratori,

organizzare le persone e persino definire

strategie di mercato.”

by Harward Business Review

CASE STUDY 2

Circa 10 anni fa le compagnie telefoniche dovettero affrontare il

problema di congestione della rete di telecomunicazioni

I ricercatori dei laboratori della Hewlett-Packard (HP)

a Bristol, Inghilterra, svilupparono un programma per

computer basato sui principi di foraggiamento delle

formiche che riusciva ad indirizzare le chiamate e il

trasferimento dati in modo efficiente.

Nel programma milioni di “agenti “ software vagano

attraverso la rete di telecomunicazioni depositando

bit di informazioni (feromone), per aumentare

l'attrattiva dei percorsi presenti nelle aree meno

congestionate.

Quando un percorso diventa congestionato (percorso rosso)

gli agenti che seguono quella strada sono ritardati, così quella

strada riceve meno bit di informazioni (meno feromone) e

presto viene abbandonata.

In questo modo altri agenti possono scoprire nuove strade

alternative (percorso verde).

CONGESTED ROUTE

FREE ROUTE

AGENTS

DELAYED AGENTS

Così come i feromoni delle formiche determinano

le strade migliori da seguire per il foraggiamento

della colonia, così i bit di informazioni lasciati dagli

agenti determinano i migliori percorsi all'interno

della rete per far fluire i dati

“La soluzione basata sul sistema delle formiche ha il

vantaggio dei sistemi basati sulla

Swarm Intelligence:

flessibilità, robustezza, e auto-organizzzazione.”

by Eric Bonabeau

CASE STUDY 3

Possiamo considerare le formiche come analoghe ai neuroni?

“...le interazioni servono ad attivare le formiche per il

foraggiamento. Un foraggiatore non va fuori a meno

che non ci siano abbastanza interazioni con altri

foraggiatori che rientrano. Questo ha senso per la

colonia perchè più cibo c'è fuori dal formicaio, più

velocemente i foraggiatori lo trovano, più velocemente

ritornano al formicaio, e più velocemente altri

foraggiatori vengono mandati fuori...”

Deborah M. Gordon

Così come un neurone trasmette il suo

stimolo ad altri neuroni per decidere se

attivarsi, una formica trasmette il suo

stimolo ad altre formiche per decidere se

foraggiare.

“Entrambi questi sistemi, quello neurale e quello

delle formiche, reagiscono in base a degli

input ricevuti, che siano formiche di ritorno nel

formicaio o inpulsi elettrici, per generare un

output, l'uscita di un'altra formica per il

foraggiamento o l'invio di un pacchetto di

neurotrasmettitori.”

Mark Goldman

INPUT FORMICA > formiche di ritorno

INPUT NEURONE > inpulsi di tensione in ingresso

OUTPUT FORMICHE > invio foraggiatore

OUTPUT NEURONI > invio pacchetto di neurotrasmettitori

Le formiche vengono attualmente usate per studiare il cervello e i processi neurali

CASE STUDY 4

Possono robot con un comportamento basato sui

principi della swarm intelligence sostituire gli essere

umani in operazioni rischiose o di salvataggio?

Vijay Kumar, un professore di ingegneria meccanica

all'università della Pennsylvania, spera nei prossimi

due anni di rendere operativa una rete di veicoli robot

per le operazioni di emergenza e di salvatggio.

SWARMANOID

un gruppo di robot cooperanti con abilità

complementari:

Foot-bots per trasportare cose o persone sul terreno

Hand-bots per scalare muri e manipolare oggetti

Eye-bots per volare e inviare informazioni alle altre unità

Swarm di robots in una simulazione di soccorso

EFFICACE MODO DI COMUNICARE

“...questa abitudine ai messaggi multimediali,

che ci porta ad un ascolto interpersonale basato

su tempi rapidi e contratti, in cui non si aspetta

più che l'interlocutore abbia concluso

l'esposizione per capire il suo pensiero e le sue

emozioni, ma lo si interrompe frequentemente e

prima della conclusione, convinti che sia stato

sufficiente cogliere soltanto alcune allusioni

verbali per aver compreso tutto il messaggio.”

Alberto Oliviero

LA RESPONSABILITÀ

DI OGNI INDIVIDUO

NEI CONFRONTI DELL'INDIVIDO

AL SUO FIANCO

COSA STA SUCCEDENDO?

IL MONDO È CAMBIATO

Con cadenza di qualche secolo nella storia dell'occidente, avviene una trasformazione netta.

Nel giro di pochi decenni la società si riconfigura. Solo cinquant'anni dopo è già nato un mondo nuovo, e le persone che vi nascono non riescono neanche ad immaginare a fondo il

mondo in cui i loro nonni avevano vissuto e in cui erano nati i loro genitori.

Noi stiamo vivendo oggi una di queste trasformazioni.Peter F. Drucker

SUPERORGANISMO

Dobbiamo comportarci come se fossimo su una barca a vela

nell'oceano, non sappiamo cosa potrebbe succedere ma

dobbiamo essere pronti a muoverci.

Noi siamo nell'epoca LEAN

Flessibilità

La colonia riesce ad adattarsi ai cambiamenti dell'ambiente.

Robustezza

Anche quando un individuo fallisce il gruppo può ancora portare a

termine l'obiettivo.

Auto – OrganizzazioneLe attività non sono controllate da un sistema centrale ne

supervisionate localmente.

MODELLO LIQUIDO

Cosa significa?

Liquefare un organizzazione significa distruggere le

assunzioni portate avanti dall'era industriale per le

quali le strutture debbano essere rigide e muoversi

oltre per renderle flessibili, dinamiche e antifragili.

COLLI DI BOTTIGLIA

ASSENZA DI MERITROCRAZIA

AIR SANDWICH

Dobbiamo reinventare le nostre organizzazioni

EMPOWERMENT

VSCONTROL

VALORI E PRINCIPI

VSRUOLI E TITOLI

ENGAGEMENT

VSORDINI E COMANDI

THANK YOU

Valerio Cianci@ValerioCianci