Fruchtfliege: Vorbild für drahtlose Netzwerke

Verteilte Systeme sind von größter Bedeutung in der IKT, ihre effiziente Umsetzung aber schwierig. Ein amerikanisch-israelisches Team um den Informatiker Ziv Bar-Joseph von der Carnegie Mellon University hat nun vorgeschlagen, dass die Informatik von der gemeinen Fruchtfliege lernt. Denn die Nervenzellen von Fruchtfliegen organisieren sich im Larven- und Puppenstadium auf sehr effiziente Art selbst.

Das ist ein Vorbild für Algorithmen zur Netzwerkorganisation, so die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Magazins Science. Insbesondere ist der Ansatz interessant, wenn bei Zahl und Ort der Knoten nicht vorab bekannt sind, wie bei drahtlosen Netzwerken meist der Fall. Mögliche Anwendungsgebiete sind somit beispielsweise Sensornetzwerke zur Umweltüberwachung oder Roboterschwärme.

Organisation ohne Vorwissen

Beim Aufbau eines verteilten Systems muss eine möglichst kleine Zahl an Rechenknoten eine schnelle Kommunikation mit dem gesamten Netzwerk erlauben. Zwei dieser führenden Prozessoren sind nie direkt miteinander verbunden, aber jeder andere grenzt an zumindest einen Führungsknoten. Das Problem ist, letztere zu bestimmen. Der große Nachteil bisheriger Lösungsmethoden ist dabei laut Bar-Joseph, dass die einzelnen Systemknoten dabei vorab wissen müssen, wie sie im Netzwerk verbunden sind. Genau dafür verspricht das Vorbild Fruchtfliege Abhilfe.

Die Insekten nutzen winzige Borsten, um ihre Umgebung wahrzunehmen. Jede Borste entsteht dabei aus einer Sinnesorgan-Vorläuferzelle. Diese ist von Nervenzellen umgeben, aber nie direkt mit anderen Vorläuferzellen verbunden. Da einzelne Zellen im Nervengewebe nicht wissen, wie sie mit anderen verbunden sind, setzt die Entwicklung der Fruchtfliege auf einen einfachen Trick. Wenn eine Zelle zur Vorläuferzelle geworden ist, sendet sie ein Signal an ihre Umgebung, damit ihre Nachbarn nicht auch zu Vorläufern werden. Am Ende ist somit jede Nervenzelle entweder selbst Sinnesorgan-Vorläufer oder mit einem solchen verbunden.

Genial einfach

„Das ist eine so einfache du intuitive Lösung, dass ich kaum glauben kann, dass wir darauf nicht schon vor 25 Jahren gekommen sind“, meint Noga Alon, Mathematik- und Informatikprofessor an der Universität Tel Aviv http://tau.ac.il/index-eng.html . Erste Versuche mit einem Fruchtfliegen-Algorithmus stimmen die Forscher ptimistisch. „Die Laufzeit war etwas größer als bei derzeitigen Ansätzen. Aber der biologische Zugang ist effizient und robuster, weil er nicht so viele Annahmen erfordert“, erklärt Bar-Joseph. Er ist überzeugt, dass die Lösung vielseitig Anwendung finden kann.