Wovon hängt es ab, ob das Netz dicht oder locker wird?

Drei Größen konkurrieren: die Ablagerungsrate der Spur, ihre Zerfallsrate und der Winkel oder die Reichweite der Sensoren. Starke Ablagerung und langsamer Zerfall ziehen die Wege zu dichten Adern zusammen; schneller Zerfall oder ein weiter Sensorwinkel lassen die Agenten auseinanderlaufen — das Netz wird locker und eher erkundend.

Ist das ein echtes biologisches Modell?

Nein: ein vereinfachtes Schema nach dem Vorbild von Physarum. Das echte Plasmodium nutzt mehrere Chemosignale, intrazelluläre Strömungen und rhythmische Kontraktionen. Hier bleibt der Hauptmechanismus der positiven Rückkopplung, durch den einfache Agenten effiziente Routen finden.

Wozu braucht die Spur die Diffusion?

Ohne Diffusion wäre die Spur eine Zelle breit, und andere Agenten würden sie kaum „sehen“. Die Diffusion verwischt die Spur seitlich und macht daraus einen Gradienten, dem man folgen kann — so entstehen in einem stigmergischen Modell überhaupt Netze.

Schleimpilz Physarum (Agenten)

Etwa 4500 Agenten folgen einem abgelegten Chemoattraktor: Ablagerung, Diffusion, Zerfall und drei Sensorstrahlen — Selbstorganisation zu Wegenetzen.

Zum Modell

Der Schleimpilz Physarum: tausende Agenten wandern auf einem Gitter und lesen ein Feld chemischen Attraktors. Jeder Agent hat drei Sensoren — links, in der Mitte und rechts der Bewegungsrichtung; er dreht sich zum Sensor mit der höchsten Konzentration. Wo immer ein Agent vorbeikommt, hinterlässt er eine Spur im Feld; das Feld diffundiert danach auf die Nachbarzellen und zerfällt exponentiell in jedem Schritt. Diese Schleife „spüren → drehen → ablegen → diffundieren → zerfallen“, bekannt aus den Arbeiten von Jeff Jones, beschreibt das Verhalten von Physarum polycephalum: aus lokalen Regeln wachsen von selbst verzweigte Transportnetze, die den Nahrungsadern eines echten Plasmodiums sehr ähnlich sind.

Für wen: Komplexe Systeme und computergestützte Biologie: lokale Regeln, Stigmergie, Transportnetze.

Wichtige Begriffe

physarum polycephalum
agentenbasiertes modell
chemotaxis
reaktion-diffusion
selbstorganisation
transportnetze

So funktioniert es

Tausende Agenten gehen über ein Gitter und lesen das Chemoattraktorfeld mit drei Sensoren (links, geradeaus, rechts). Jeder dreht sich zum „schmackhaftesten“ Sensor, hinterlässt eine Spur im Feld, und das Feld selbst diffundiert auf die Nachbarzellen und zerfällt exponentiell. Die knappe Schleife „spüren → drehen → ablegen → diffundieren → zerfallen“, von Jeff Jones für Physarum polycephalum beschrieben, organisiert sich durch positive Rückkopplung zu verzweigten Transportnetzen, sehr ähnlich den Nahrungsadern eines echten Schleimpilzes.

Wichtige Gleichungen

pos ← pos + v · (cos θ, sin θ)

C(x, y) ← (1 − ρ) · ∇²-blur(C + dep) (Zerfall + Diffusion)

Häufige Fragen

Wovon hängt es ab, ob das Netz dicht oder locker wird?: Drei Größen konkurrieren: die Ablagerungsrate der Spur, ihre Zerfallsrate und der Winkel oder die Reichweite der Sensoren. Starke Ablagerung und langsamer Zerfall ziehen die Wege zu dichten Adern zusammen; schneller Zerfall oder ein weiter Sensorwinkel lassen die Agenten auseinanderlaufen — das Netz wird locker und eher erkundend.
Ist das ein echtes biologisches Modell?: Nein: ein vereinfachtes Schema nach dem Vorbild von Physarum. Das echte Plasmodium nutzt mehrere Chemosignale, intrazelluläre Strömungen und rhythmische Kontraktionen. Hier bleibt der Hauptmechanismus der positiven Rückkopplung, durch den einfache Agenten effiziente Routen finden.
Wozu braucht die Spur die Diffusion?: Ohne Diffusion wäre die Spur eine Zelle breit, und andere Agenten würden sie kaum „sehen“. Die Diffusion verwischt die Spur seitlich und macht daraus einen Gradienten, dem man folgen kann — so entstehen in einem stigmergischen Modell überhaupt Netze.

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