Svermar
Alle har vel ein gong i livet sett med beundring og begeistring på korleis ein fiskestim eller fugleflokk oppfører seg: kor perfekt dei ser ut til å vera synkroniserte og korleis dei ser ut til å vera styrt av ein felles vilje når dei plutselig endrar retning samtidig, eller plutselig deler seg i to eller fleire mindre flokkar når nokon er etter dei. Det ser verkeleg ut som om flokken er styrt av ein eller annan felles plan eller vilje. Men studier viser at det ikkje er nødvendig. Det viser seg at ein slik kollektivet oppførsel kan oppstå som resultat av at individa tar individuelle "beslutningar" basert på lokal informasjon, dvs det dei ser og opplever nær seg sjøl. Dei treng ingen "ordre" frå ein ledar, og dei treng ingen kjennskap til flokkens oppførsel generelt. Dette er eksempel på det som innan studier av komplekse system kallast for emergent oppførsel. Det betyr (tilsynelatande) kompleks global (altså på flokknivå) kan oppstå på bakgrunn av enkle lokale "reglar" på individnivå. Vi skal nedanfor sjå litt på korleis dette kan gå til. Men la oss først sjå på noken eksempel.
Eksempel frå naturen
Maur,
bier, veps og termittar bur i store koloniar, og kan oppvisa ganske
fascinerande adferd. Kvart enkelt insekt ser ut til å stella med sitt
heilt uavhengig av dei andre, men likevel oppfører kolonien som heilhet
seg på ein koordinert måte. Dette er eit eksempel på korleis komplekse
system gjennom sjølvorganisering kan løysa samansette
oppgaver. Koordinering av gruppa oppstår som ein konsekvens av korleis
individa samvirker gjennom enkle reglar. Sjølv om denne samvirket kan vera
så enkelt som at ein maur følgjer sporet etter ein annan så blir summen av
disse handlingane at gruppa finn den kortaste veien til ei matkjelde. Slik
oppførsel kallast av og til for svermintelligens.
Maur legg i vei i ein tilfeldig retning for å finna mat, og legg igjen eit feromon-spor etter seg. Dei som finn mat først vil komma først tilbake og kan begynna på nytt igjen. Dermed vil det sporet som er kortast også bli mest brukt, og derfor bli forsterka. Slik oppstår tilsynelatande velorganiserte veier og til og med bruer. BILDE: maur som lagar ei bru :) Men nettopp fordi dette ikkje er organisert etter ein plan, så kan metoden få katastrofale resultat. Hvis tilfeldigvis noken maur har gått i sirkel, vil dette kunna forsterka seg ved at andre følgjer etter. Då blir meir og meir feromon lagt ut i stien, og tilslutt vil alle maurane enda opp i ein dødsspiral der alle, bokstavelig talt utan mål og meining, bare går runde etter runde, og til slutt dør av utmattelse. Det er observert sirklar med diameter på fleire hundre meter, der maurane bruker fleire timar på ein runde! Meir inponerande er at maur kan laga store levande bruer ved å lenka seg saman i store flokkar. Forskarar seier at dette fenomenet heller ikkje oppstår fordi nokon i flokken har "forstått" korleis dette problemet må løysast, og så gitt ein "ordre" til dei andre om å utføra det. For her er det også enkelt-maur som oppfører i henhold til "reglar" som evolusjonen har utstyrt dei med. Den enkelte maur veit ikkje at den er ein del av ei bru. Den kjenner bare dei som den heng saman med. Ikkje uventa har noken funne ut at ein kan anvenda slike prinsipp innan arkitektur og design for å danna strukturar som "skaper seg sjøl".
Bisvermar: På same måten som når maurbruer oppstår uten
ein sentral plan, så gjer også termitt-tuer og bie- og vepsebol det, sjøl
om dei tilsynelatande har ein intrikat og gjennomtenkt struktur. Når det
gjeld bier, er forflytter dei seg også av og til i svermar. Når ein sverm
av bier flyr ut bikuben eller bolet sitt, så drar dei ikkje langt i første
omgang, men samlar seg ofte rundt dronninga, gjerne i det nærmaste treet.
Frå denne posisjonen flyr 20 - 50 speidarbier ut for å leita etter ein ny
stad. Disse kjem tilbake meir eller mindre begeistra for det dei har
funne, og viser retning og avstand med ein slags "dans". Jo meir begeistra
speidaren er for den nye staden, jo meir energisk er dansen. Nye speidarar
drar avgårde for å sjekka andre stader, mens nokon blir påvirka av det dei
første kan "fortelja" om, og dermed blir det fleire som "argumenterer" for
same staden. Etter timar og kanskje dagar med slik "parlamentering" så vil
speidarane som regel bli enige om kor den beste plassen er, og heile
gjengen drar avgårde. Men noken gonger blir dei ikkje enige, og då kan det
oppstå fleire mindre svermar. Det kan enda med at begge gruppene dør,
fordi eit godt bol må ha ein 
viss størrelse for å fylla gruppens behov
for beskyttelse osv.
Fuglar: Kanskje dei mest spektakulære bildene av svermar er når staren (stæren) samlar seg i enorme flokkar på kanskje fleire titusen dyr. Tidligare forsto ein hverken korfor dei flokka seg, eller korleis dei klarte å manøvrera slik dei gjer. Ein spekulerte i om det var ein form for telepati. No meiner ein at grunnen til at flokkane samlar seg er at dei vil beskytta seg mot falkar eller andre predatorar, og at det heller ikkje her er noken sentral plan. Ein er likevel ikkje heilt sikkert på korleis dette går for seg. Teorien var at dei styrte etter alle naboar innanfor ein bestemt avstand. Men data tyder på at starene styrer etter seks eller sju naboar, uavhengig av avstand. Likevel er dette lokal info og enkle reglar.
Evolusjon av sverming. Så kan ein spørja seg: Korfor har noken artar utvikla seg til å leva i store flokkar eller koloniar, mens andre lever aleine eller i mindre grupper. Det ser ut til at dette har samanheng med at noken artar er mat for andre. For mindre dyr, som hverken er hurtige nok til å unnslippa, eller sterke nok til å forsvare seg, kan det vera at den beste overlevelsestaktikken er å gøyma seg midt inne i flokken, fordi det rimeligvis er større sannsynlighet for å bli tatt hvis ein er nær utkantane av flokken.
Simulering
Oppførselen til svermar vart først simulert på ein datamaskin av Craig Reynold i 1986 med programmet Boids. Programmet simulerer enkle agentar (boids) som får flytta seg i henhold til enkle reglar. Modellen vart opprinnelig utvikla for å simulera oppførselen til fuglar, men kan overføast til fiskar og andre dyr som flyttar seg i svermar. For å forstå korfor dyr utviklar sverm-adferd, har mange kombinert dette med evolusjonære modellar, som Genetiske Algoritmar.
Boids styrer etter tre enkle reglar:
- Innretting: styr i den retning som gjennomsnittet av flokken styrer mot.
- Separasjon: Unngå kollisjonar.
- Kohesjon: styr mot midtpunktet av flokken.
Anvendelsar
Jens Krause og John Dyer ved Universitetet i Leeds studerte menneskesvermar, og fant ut at det bare trengs 5% av ei gruppe for å få den til å endra "retning". Dei siste 95% blir altså med uten å vera heilt bevisste på dette. Det seier seg nesten sjøl at kunnskaper på dette feltet også kan brukast av makta for å kontrollera samfunnet. For eksempel veit vi at myndigheten bruker betalte "nett-troll" for å påvirka opinionen. Men heldigvis fins det fredeligare anvendelsar av teknologien, som å forstå korleis store menneskemengder oppfører seg under ulike forhold. Derved kan ein for eksempel lettare styra folk ut av eit stadion uten at det oppstår panikk, eller styra trafikk til forskjellige ruter for å unngå kork. Også filmindustrien har visst å ta i bruk teknologien. For eksempel vart mengder av flaggermus simulert i Batman Returns , og i Lord of the Rings-trilogien brukte ein liknande teknologi for å laga dei store slagscenane.
LENKER
How a Flock of Birds Can Fly and Move Together
Evolution of Collective Behaviour in an Artificial World Using Linguistic Fuzzy Rule-Based Systems
Self-Organization vs. Emergence
Self-organization and emergence as natural dynamics of organization
Flocks, Herds, and Schools: A Distributed Behavioral Model
Flocks of Boids Simulation Model - Multimethod Simulation Software Tool AnyLogic