Onze wereld is gevuld met hopeloos ingewikkelde systemen voor transport, financiën, biologisch leven, en anderen. Deze zogenaamde complexe systemen, natuurlijk of door de mens gemaakt, zijn systemen die intrinsiek uitdagend zijn om te voorspellen vanwege de opkomende collectieve dynamiek die wordt beïnvloed door externe omgevingsfactoren.

De complexiteit van deze systemen is geworteld in de ingewikkelde onderlinge afhankelijkheden tussen deze constitutieve elementen en interacties met de buitenwereld. Het begrijpen van de verspreiding van exogene verstoringen is van cruciaal belang voor complexe systemen. Bijvoorbeeld, denk aan een lokale uitschakeling aan het ene uiteinde van het elektriciteitsnet, en hoe het kan leiden tot een massale cascademislukking, sneeuwballen in een grootschalige black-out, zoals de Noordoost-black-out in 2003 in de Verenigde Staten. Of hoe een sneeuwstorm in het grootstedelijk gebied van New York een lawine van luchtvaartvertragingen veroorzaakt in San Francisco, Los Angeles, en over de hele westkust. Of rages geïntroduceerd door beroemdheden die soms viraal gaan, verspreiden en versterken door middel van tweets/retweets, delen en liken.

Voor gedecentraliseerde netwerksystemen die in dynamische omgevingen werken, het vermogen om te reageren op veranderende omstandigheden staat voorop. Het kan een kwestie van leven en dood zijn voor vogels die samenkomen en manoeuvreren om te ontsnappen aan een roofdieraanval. Het kan ook een kwestie zijn van optimale efficiëntie voor multi-robotsystemen die collectief werken en onderhevig zijn aan veranderende omstandigheden. Het is daarom van cruciaal belang om de invloed van de netwerktopologie op de collectieve respons van het systeem te onderzoeken en te begrijpen.

Met dit in gedachten, Bouffanais en zijn team van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) beschouwden een archetypisch model van gedistribueerde besluitvorming. Het doel was om de collectieve capaciteit van het systeem te bestuderen om te reageren op lokale externe verstoringen. Hun theoretische netwerkwetenschappelijke resultaten werden geverifieerd met experimenten op het collectieve gedrag van een zwerm landrobots. Ze onthulden een niet-triviale relatie tussen de dynamiek van de verstoring en de optimale netwerktopologie. De opkomende collectieve respons van de zwerm op een langzaam veranderende verstoring neemt toe met de mate van het interactienetwerk, maar het tegenovergestelde is waar voor de reactie op een snel veranderende. Hun studie onthulde het bestaan ​​van een specifiek aantal interacties tussen eenheden die nodig zijn om een ​​optimale collectieve respons te produceren.

De hoofdonderzoeker, SUTD universitair hoofddocent Roland Bouffanais, zei:"Gezien de explosie in de ontwikkeling van gedistribueerde/gedecentraliseerde systemen, dit onderzoek toont aan dat een dynamische herbedrading van het interactienetwerk essentieel is voor de effectieve collectieve werking van deze complexe technische systemen op verschillende tijdschalen."

Details van dit werk verschenen in de wetenschappelijke vooruitgang op 3 april 2019.