Social insects such as ants communicate via pheromones which allows them to coordinate their activity and solve complex tasks as a swarm, e.g. foraging for food. This behaviour was shaped through evolutionary processes. In computational models, self-coordination in swarms has been implemented using probabilistic or action rules to shape the decision of each agent and the collective behaviour. However, manual tuned decision rules may limit the behaviour of the swarm. In this work we investigate the emergence of self-coordination and communication in evolved swarms without defining any rule. We evolve a swarm of agents representing an ant colony. We use a genetic algorithm to optimize a spiking neural network (SNN) which serves as an artificial brain to control the behaviour of each agent. The goal of the colony is to find optimal ways to forage for food in the shortest amount of time. In the evolutionary phase, the ants are able to learn to collaborate by depositing pheromone near food piles and near the nest to guide its cohorts. The pheromone usage is not encoded into the network; instead, this behaviour is established through the optimization procedure. We observe that pheromone-based communication enables the ants to perform better in comparison to colonies where communication did not emerge. We assess the foraging performance by comparing the SNN based model to a rule based system. Our results show that the SNN based model can complete the foraging task more efficiently in a shorter time. Our approach illustrates that even in the absence of pre-defined rules, self coordination via pheromone emerges as a result of the network optimization. This work serves as a proof of concept for the possibility of creating complex applications utilizing SNNs as underlying architectures for multi-agent interactions where communication and self-coordination is desired.


翻译:蚂蚁通过花生素交流等社会昆虫, 使蚂蚁能够协调他们的活动, 并解决作为群群群的复杂任务, 例如食物饲料。 这种行为是通过进化过程形成的。 在计算模型中, 群群中的自我协调已经运用概率或行动规则来决定每个代理人的决定和集体行为。 但是, 人工调整的决定规则可能会限制群群群的行为 。 在这项工作中, 我们调查在进化的群群群中出现自我协调和交流, 但没有定义任何规则。 我们开发了代表蚂蚁群的代理人群群群群群群。 我们使用基因算法来优化一个螺旋神经网络( SNNN) 网络( SNN) 。 聚群群群的目标是在最短的时间内找到最佳的食品种植方法。 在进化阶段, 蚂蚁们能够学习协作模式, 在进化的群群群中保存完整的 节球质的完整体, 并且靠近巢体。 我们的节球应用是没有在网络中进行精细的节化应用。 将我们的基本系统进行自我比较, 使S- 运行一个更精细化的S- 运行到一个基于的S- 的通信过程, 在基于的系统上, 运行中, 运行一个更精细化的S- 运行到一个基于的S- 运行到一个基于的系统进行一个基于的周期的运行的运行, 的运行到一个基于的运行到一个基于的S- 的运行到一个运行到一个基于的系统, 。

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