Il nostro mondo è pieno di sistemi di trasporto irrimediabilmente complicati, finanza, vita biologica, e altri. Questi cosiddetti sistemi complessi, naturale o artificiale, sono sistemi intrinsecamente difficili da prevedere a causa di dinamiche collettive emergenti influenzate da fattori ambientali esterni.

La complessità di questi sistemi è radicata nelle intricate interdipendenze tra questi elementi costitutivi e nelle interazioni con il mondo esterno. Comprendere la propagazione delle perturbazioni esogene è di fondamentale importanza per i sistemi complessi. Ad esempio, pensa a un arresto locale a un'estremità della rete elettrica, e come può portare a un enorme fallimento a cascata, valanga in un blackout su larga scala come il blackout nord-est del 2003 negli Stati Uniti. O come una tempesta di neve nell'area metropolitana di New York innesca una valanga di ritardi delle compagnie aeree a San Francisco, Los Angeles, e in tutta la costa occidentale. O le mode introdotte dalle celebrità che a volte diventano virali, propagarsi e amplificarsi tramite tweet/retweet, condivisione e like.

Per sistemi in rete decentralizzati operanti in ambienti dinamici, la capacità di rispondere alle mutevoli circostanze è fondamentale. Può essere una questione di vita o di morte per gli uccelli che si accalcano e si manovrano per sfuggire a un attacco di predatori. Può anche essere una questione di efficienza ottimale per i sistemi multi-robot che operano collettivamente e sono soggetti a condizioni mutevoli. È quindi fondamentale indagare e comprendere l'influenza della topologia di rete sulla risposta collettiva del sistema.

Con questo in testa, Bouffanais e il suo team presso la Singapore University of Technology and Design (SUTD) hanno considerato un modello archetipico di processo decisionale distribuito. L'obiettivo era studiare la capacità collettiva del sistema nel rispondere alle perturbazioni esterne locali. I loro risultati teorici sulla scienza delle reti sono stati verificati con esperimenti sul comportamento collettivo di uno sciame di robot terrestri. Hanno rivelato una relazione non banale tra la dinamica della perturbazione e la topologia di rete ottimale. La risposta collettiva emergente dello sciame a una perturbazione che cambia lentamente aumenta con il grado della rete di interazione, ma è vero il contrario per la risposta a uno in rapida evoluzione. Il loro studio ha scoperto l'esistenza di un numero specifico di interazioni tra le unità necessarie per produrre una risposta collettiva ottimale.

Il ricercatore principale, Professore Associato SUTD Roland Bouffanais, ha dichiarato:"Data l'esplosione nello sviluppo di sistemi distribuiti/decentrati, questa ricerca mostra che un ricablaggio dinamico della rete di interazione è essenziale per le efficaci operazioni collettive di questi complessi sistemi ingegnerizzati su diverse scale temporali".

I dettagli di questo lavoro sono apparsi nel Progressi scientifici il 3 aprile 2019.