Vår värld är fylld av hopplöst komplicerade transportsystem, finansiera, biologiskt liv, och andra. Dessa så kallade komplexa system, naturliga eller konstgjorda, är system som är utmanande att förutsäga på grund av framväxande kollektiv dynamik påverkad av yttre miljöfaktorer.

Komplexiteten hos dessa system är förankrad i de invecklade inbördes beroende mellan dessa konstitutiva element och interaktioner med omvärlden. Att förstå utbredningen av exogena störningar är av avgörande betydelse för komplexa system. Till exempel, tänk på en lokal avstängning i ena änden av elnätet, och hur det kan leda till ett massivt kaskadfel, snöboll i en storskalig blackout som till exempel Northeast blackout 2003 i USA. Eller hur en snöstorm i New York storstadsområde utlöser en lavin av förseningar i flygbolag i San Francisco, Los Angeles, och hela västkusten. Eller mode som introduceras av kändisar som ibland blir virala, sprida och förstärka genom tweets/retweets, dela och gilla.

För decentraliserade nätverkssystem som fungerar i dynamiska miljöer, förmågan att reagera på förändrade omständigheter är av största vikt. Det kan vara en fråga om liv och död för fåglar som flockas och manövrerar sig för att undkomma ett rovdjur. Det kan också handla om optimal effektivitet för multirobotsystem som arbetar kollektivt och utsätts för förändrade förhållanden. Det är därför viktigt att undersöka och förstå nätverkstopologins inflytande på systemets kollektiva svar.

Med detta i åtanke, Bouffanais och hans team vid Singapore University of Technology and Design (SUTD) betraktade en arketypisk modell för distribuerat beslutsfattande. Målet var att studera systemets kollektiva förmåga att reagera på lokala yttre störningar. Deras teoretiska nätverksvetenskapliga resultat verifierades med experiment på det kollektiva beteendet hos en svärm av landrobotar. De avslöjade ett otrivligt samband mellan dynamiken i störningen och den optimala nätverkstopologin. Svärmens framväxande kollektiva svar på en långsamt föränderlig störning ökar med graden av interaktionsnätverk, men motsatsen gäller för svaret på en snabbt föränderlig. Deras studie avslöjade förekomsten av ett visst antal interaktioner mellan enheter som krävs för att ge ett optimalt kollektivt svar.

Huvudutredaren, SUTD -docent Roland Bouffanais, sade:"Med tanke på explosionen i utvecklingen av distribuerade/decentraliserade system, denna forskning visar att en dynamisk omkoppling av interaktionsnätverket är avgörande för den effektiva kollektiva driften av dessa komplexa konstruerade system vid olika tidsskalor. "

Detaljer om detta arbete dök upp i Vetenskapliga framsteg den 3 april 2019.