Хотите консенсус? Посмотрите на рыб
Стая птиц. Косяк рыб. Армия муравьев. На первый взгляд, эти группы движутся в унисон. При ближайшем рассмотрении видна сложная симфония лидеров и последователей, сигналов и решений.
Николь Абаид, аспирантка Политехнического института Нью-Йоркского университета (NYU-Poly), изучает, как отдельные особи в таких системах влияют на коллективные действия группы. Эти знания можно использовать, например, для защиты животных от опасностей (как разлив нефти), внедряя в группу робота, имитирующего движения естественных собратьев.
В ноябре работа Абаид «Влияние лидеров на среднюю квадратичную достижимость консенсуса в биологически вдохновленных стохастических сетях», написанная совместно с профессором Маурицио Порфири, получила награду за лучшую студенческую статью на конференции ASME Dynamic Systems and Control Conference.
В статье представлен алгоритм консенсус-протокол, описывающий группу агентов, стремящихся принять общее решение через взаимодействие внутри группы и с внешними лидерами. Новизна работы в том, что выбор партнеров для взаимодействия вдохновлен тем, как животные воспринимают числа. Протокол помогает определить, сколько времени потребуется группе для достижения согласия (например, о направлении движения).
Исследование Абаид в лаборатории динамических систем Порфири основано на наблюдениях за рыбами. «Мы пишем математические уравнения, вдохновленные поведением и психологией животных, которые могут генерировать паттерны, подобные тем, что мы видим в косяках рыб», — объясняет Абаид. «Мы также извлекаем паттерны из больших наборов данных, например, из видео, чтобы лучше понять явления, управляющие таким поведением».
Использование в лаборатории роботизированных рыб наряду с живыми стало одной из причин, по которой Абаид четыре года назад выбрала NYU-Poly.
Абаид выросла во Флориде, получила степень бакалавра математики в Университете Северной Каролины и магистра математики в Университете Канзаса. Она отмечает, что сложность её работы — в решении проблем, для которых она не уверена в существовании решения. Её метод: представить, что решение есть, и просто попытаться его раскрыть.
Работа над диссертацией также включала три года участия в программе AMPS, финансируемой Национальным научным фондом (NSF). В рамках этой программы Абаид преподавала мехатронику и тренировала школьные команды по робототехнике LEGO.