Om du någonsin har slagit läger vid en damm, du vet att grodor gör ett racket på natten; men vad du kanske inte vet är hur funktionella och reglerade deras refränger verkligen är. Grodor kommunicerar med ljud, och mitt i deras bråk finns ett internt orkestrerat system som låter information komma igenom tydligare samtidigt som det tillåter kollektiva refränger och tid att vila. Forskare från Osaka University och University of Tsukuba försökte utnyttja detta amfibiska skarpsinne för matematiska och tekniska syften.

Teamet tittade på kallmönster för manliga japanska lövgrodor över olika tidsintervall. Att göra så, de placerade tre grodor i individuella burar och spelade in deras röstsamspel. De fann att grodorna både undvek överlappande kväkar och kollektivt växlade mellan rop och tystnad. Forskarna skapade sedan en matematisk modell för att anpassa grodornas akustiska läror till teknisk nytta, eftersom sådana mönster liknar de som värderas i nätverk. Fynden redovisas i tidskriften Royal Society Open Science .

"Vi fann att närliggande grodor undvek tidsmässig överlappning, som tillåter en tydlig väg för individuella röster att höras, " studiens medförfattare Daichi Kominami förklarar. "På samma sätt, angränsande noder i ett sensornätverk behöver alternera tidpunkterna för dataöverföring så att datapaketen inte kolliderar."

I de observerade grodtrioerna, det fanns också tider av växling mellan kollektiva tystnader och refränger. Undvikandet av överlappning var konsekvent (deterministiskt), medan de senare kollektiva samtalen var mer varierande (stokastiska). En annan hjälp i mönstret var hur det smart låter grodorna vila pauser från sitt kall, som kräver mycket energi.

Forskarna utvecklade sedan en matematisk modell som inkorporerade grodors huvudsakliga interaktionsmönster och anpassade dem till ett fasbaserat format som kan användas för tekniska medel.

"Vi modellerade de kallande och tysta tillstånden på ett deterministiskt sätt, " enligt huvudförfattaren Ikkyu Aihara, "medan de modellerade övergångarna till och från dem på ett stokastiskt sätt. Dessa modeller återgav kvalitativt anropsmönstret för faktiska grodor och var sedan hjälpsamma vid utformningen av autonoma distribuerade kommunikationssystem."

Sådana system måste på ett smart sätt reglera ge och ta, aktivitet och vila. Därför, som den tredje delen av studien, forskarna utnyttjade modellen för datatrafikhantering i ett trådlöst sensornätverk. Dessa nätverk är en nyckelkomponent i Internet of things, eftersom deras spridda sensornoder mäter och kommunicerar olika miljöegenskaper. Sedan, genom komplex samordning, insamlad data matas till ett centralt system.

De fann att växlingen i kort tid var särskilt effektiv för att avvärja kollisioner med datapaket. Under tiden, de cykliska och kollektiva övergångarna i den långa tidsskalan erbjöd lovande för reglering av energiförbrukningen.

"Det finns en dubbel fördel med denna studie, " säger medförfattaren Masayuki Murata. "Det kommer att leda både till större biologisk kunskap för att förstå grodkören, och till större teknisk effektivitet i trådlösa sensornätverk."