Als je ooit bij een vijver hebt gekampeerd, je weet dat kikkers 's nachts lawaai maken; maar wat je misschien niet weet, is hoe functioneel en gereguleerd hun refreinen werkelijk zijn. Kikkers communiceren met geluid, en te midden van hun tumult is er een intern georkestreerd systeem dat informatie duidelijker doorlaat en tegelijkertijd collectieve refreinen en tijd om te rusten toelaat. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka en de Universiteit van Tsukuba probeerden dit amfibische inzicht te gebruiken voor wiskundige en technologische doeleinden.

Het team keek naar de roeppatronen van mannelijke Japanse boomkikkers over verschillende tijdsintervallen. Om dit te doen, ze plaatsten drie kikkers in individuele kooien en namen hun vocale samenspel op. Ze ontdekten dat de kikkers beide overlappende kwaken vermeden en collectief wisselden tussen roepen en zwijgen. De onderzoekers creëerden vervolgens een wiskundig model om de akoestische leringen van de kikkers aan te passen voor technologisch voordeel, omdat dergelijke patronen vergelijkbaar zijn met die welke in netwerken worden gewaardeerd. De bevindingen worden gerapporteerd in het tijdschrift Royal Society Open Science .

"We ontdekten dat naburige kikkers tijdelijke overlap vermeden, waardoor een duidelijk pad voor individuele stemmen kan worden gehoord, " studie co-auteur Daichi Kominami legt uit. "Op dezelfde manier, naburige knooppunten in een sensornetwerk moeten de timing van datatransmissie afwisselen, zodat de datapakketten niet botsen."

In de waargenomen kikkertrio's, er waren ook tijden van afwisseling tussen collectieve stiltes en refreinen. De overlapvermijding was consistent (deterministisch), terwijl de laatste collectieve oproepen meer gevarieerd waren (stochastisch). Een ander nut in het patroon was hoe het de kikkers op een slimme manier rustpauzes van hun roeping toestaat, wat veel energie vraagt.

De onderzoekers ontwikkelden vervolgens een wiskundig model waarin de belangrijkste interactiepatronen van de kikkers zijn verwerkt en aangepast aan een fasegebaseerd formaat dat bruikbaar is voor technologische middelen.

"We hebben de roepende en stille toestanden op een deterministische manier gemodelleerd, " volgens hoofdauteur Ikkyu Aihara, "terwijl de overgangen van en naar hen op een stochastische manier werden gemodelleerd. Die modellen reproduceerden kwalitatief het roeppatroon van echte kikkers en waren vervolgens nuttig bij het ontwerpen van autonome gedistribueerde communicatiesystemen."

Dergelijke systemen moeten geven en nemen slim reguleren, activiteit en rust. Daarom, als het derde deel van de studie, de onderzoekers gebruikten het model voor dataverkeerbeheer in een draadloos sensornetwerk. Deze netwerken zijn een belangrijk onderdeel van het internet der dingen, omdat hun verspreide sensorknooppunten verschillende omgevingskenmerken meten en communiceren. Vervolgens, door complexe coördinatie, verzamelde gegevens worden toegevoerd aan een centraal systeem.

Ze ontdekten dat de afwisseling op korte termijn vooral effectief was in het voorkomen van datapakketbotsingen. In de tussentijd, de cyclische en collectieve transities op de lange termijn boden veelbelovend voor de regulering van het energieverbruik.

"Er is een dubbel voordeel aan deze studie, " co-auteur Masayuki Murata zegt. "Het zal zowel leiden tot meer biologische kennis bij het begrijpen van kikkerkoren, en tot grotere technologische efficiëntie in draadloze sensornetwerken."