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Stigmergia

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Una scia di termiti nella foresta tropicale della Provincia di Nakhon Phanom, in Thailandia

La stigmergia è un metodo di comunicazione utilizzato nei sistemi decentralizzati con il quale gli individui del sistema comunicano fra loro modificando l'ambiente circostante[1]. La stigmergia è stata osservata inizialmente in natura; per esempio le formiche comunicano le une con le altre lasciando una traccia di feromoni, quindi una colonia di formiche è un esempio di sistema stigmergico. Un altro esempio comune è quello della costruzione dei nidi delle termiti. Anche le termiti usano i feromoni per costruire strutture molto complesse seguendo un semplice insieme di regole decentralizzato. Ogni insetto scava una pallina di fango dal suo ambiente, la copre di feromoni e la lascia sul terreno. Le termiti sono attratte dai feromoni degli individui dello stesso termitaio e quindi depositano le loro palline di fango vicino a quelle già depositate. Con il tempo questo comportamento porta a costruire pilastri, archi, gallerie e camere[2][3].

La stigmergia è dimostrata anche su internet, dove gli utilizzatori comunicano uno con l'altro lasciando messaggi in un ambiente condiviso.

Il termine stigmergia è stato introdotto dal biologo francese Pierre-Paul Grassé nel 1959 in riferimento al comportamento delle termiti, con il significato di incitazione al lavoro. Lo definì come: "Stimolazione degli operai mediante i risultati ottenuti". Deriva dalle parole greche στίγμα stigma "marchio, segno" e ἔργον ergon "lavoro, azione" e cattura l'idea che le azioni di un agente lasciano segni nell'ambiente, segni che esso e altri agenti percepiscono e che determinano e incitano le loro azioni successive[4][5][6]. Attualmente è anche impiegato in alcune ricerche nel campo della robotica, sistemi multi-agente e nelle comunicazioni nelle reti di calcolatori.

Successivamente, è stata fatta una distinzione tra il fenomeno stigmergico, che è specifico della guida del lavoro aggiuntivo, e l'incitamento più generale, non specifico del lavoro, per il quale è stato coniato il termine comunicazione sematettonica[7] da E.O. Wilson, dalle parole greche σῆμα sema "segno, gettone", e τέκτων tecton "artigiano, costruttore".

La stigmergia è oggi uno dei concetti chiave nel campo della swarm intelligence[8].

Comportamento stigmergico negli organismi non umani

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La stigmergia è stata osservata per la prima volta negli insetti sociali. Ad esempio, le formiche si scambiano informazioni depositando feromoni (la traccia) sulla via del ritorno al nido quando hanno trovato cibo. In questo modo, sviluppano collettivamente una complessa rete di sentieri, collegando il nido in modo efficiente a varie fonti di cibo. Quando le formiche escono dal nido in cerca di cibo, sono stimolate dal feromone a seguire la traccia verso la fonte di cibo. La rete di sentieri funziona come una memoria esterna condivisa per la colonia di formiche[9].

In informatica, questo metodo generale è stato applicato in una varietà di tecniche chiamate algoritmo delle colonie di formiche, che cercano soluzioni a problemi complessi depositando "feromoni virtuali" lungo percorsi che sembrano promettenti[10]. Nel campo delle reti neurali artificiali, la stigmergia può essere utilizzata come memoria computazionale. Federico Galatolo ha dimostrato che una memoria stigmergica può raggiungere le stesse prestazioni di architetture di reti neurali più complesse e consolidate come LSTM[11][12].

Altre creature eusociali, come le termiti, usano i feromoni per costruire i loro complessi nidi seguendo un semplice insieme di regole decentralizzate. Ogni insetto raccoglie una "palla di fango" o materiale simile dal suo ambiente, infonde la palla di feromoni e la deposita sul terreno, inizialmente in un punto casuale. Tuttavia, le termiti sono attratte dai feromoni dei loro compagni di nido e sono quindi più propense a far cadere le proprie palle di fango sopra quelle dei vicini. Più grande diventa il mucchio di fango, più è attraente e quindi più fango verrà aggiunto ad esso (feedback positivo). Nel tempo questo porta alla costruzione di pilastri, archi, tunnel e camere[13].

La stigmergia è stata osservata nei batteri, varie specie dei quali si differenziano in distinti tipi cellulari e partecipano a comportamenti di gruppo guidati da sofisticati sistemi di controllo temporale e spaziale[14]. Spettacolari esempi di comportamento multicellulare si possono trovare tra i mixobatteri. Essi viaggiano in sciami contenenti molte cellule tenute insieme da segnali molecolari intercellulari. La maggior parte dei mixobatteri sono predatori: gli individui traggono beneficio dall'aggregazione in quanto consente l'accumulo di enzimi extracellulari che vengono utilizzati per digerire i microrganismi preda. Quando i nutrienti sono scarsi, le cellule dei mixobatteri si aggregano in corpi fruttiferi, all'interno dei quali le cellule sciamanti si trasformano in mixospore dormienti con pareti cellulari spesse. Si ritiene che il processo di fruttificazione avvantaggi i mixobatteri assicurando che la crescita cellulare venga ripresa con un gruppo (sciame) di mixobatteri, piuttosto che con cellule isolate. Cicli di vita simili si sono sviluppati tra i funghi mucillaginosi. I più noti dei mixobatteri, Myxococcus xanthus e Stigmatella aurantiaca, sono studiati in vari laboratori come modelli procariotici di sviluppo[15].

Analisi del comportamento umano

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La stigmergia studiata nelle creature eusociali e nei sistemi fisici è stata proposta come modello di analisi di alcuni sistemi robotici[16], sistemi multi-agente[17], comunicazione nelle reti di computer e comunità online[18].

Su Internet ci sono molti progetti collettivi in cui gli utenti interagiscono solo modificando parti locali del loro ambiente virtuale condiviso. Wikipedia ne è un esempio[19][20]. La massiccia struttura di informazioni disponibili in un wiki, o in un progetto software open source come il kernel FreeBSD[21] potrebbe essere paragonata a un nido di termiti; un utente iniziale lascia un seme di un'idea (una palla di fango) che attrae altri utenti che poi sviluppano e modificano questo concetto iniziale, costruendo infine un'elaborata struttura di pensieri connessi[22][23].

Inoltre, il concetto di stigmergia è stato utilizzato anche per descrivere come il lavoro cooperativo, come la progettazione edilizia, possa essere integrato. La progettazione di un grande edificio contemporaneo coinvolge una rete ampia e diversificata di attori (ad esempio architetti, ingegneri edili, ingegneri statici, ingegneri dei servizi edilizi). Le loro attività distribuite possono essere parzialmente integrate attraverso pratiche di stigmergia[24][25][26].

Analisi dei movimenti sociali umani

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L'ascesa del software open source nel XXI secolo ha sconvolto i modelli di business di alcuni fornitori di software proprietario, e progetti di contenuto libero come Wikipedia hanno minacciato i modelli di business di aziende come Enciclopedia Britannica. I ricercatori hanno studiato progetti open source collaborativi, sostenendo che forniscono spunti sull'emergere della produzione paritaria su larga scala e sulla crescita dell'economia del dono[27].

Società stigmergica

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Heather Marsh, associata all'Occupy Movement, Wikileaks e Anonymous, ha proposto un nuovo sistema sociale in cui la competizione come forza trainante verrebbe sostituita da una società più collaborativa. Questa società proposta non utilizzerebbe la democrazia rappresentativa ma nuove forme di governance basate su idee e azioni e metodi collaborativi, tra cui la stigmergia[28][29].

«Con la stigmergia, un'idea iniziale viene data liberamente e il progetto è guidato dall'idea, non da una personalità o da un gruppo di personalità. Nessun individuo ha bisogno del permesso (competitivo) o del consenso (cooperativo) per proporre un'idea o avviare un progetto.»

(Heather Marsh[30])

Nel 2014, alcuni esponenti dell’Hong Kong Umbrella Movement affermarono di aver raccomandato la stigmergia come via da seguire[31][32].

Note

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  1. ↑ Leslie Marsh e Christian Onof, Stigmergic epistemology, stigmergic cognition, in Cognitive Systems Research, vol. 9, n. 1, 1º marzo 2008, pp. 136–149, DOI:10.1016/j.cogsys.2007.06.009. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  2. ↑ Ted G. Lewis, Cognitive stigmergy: A study of emergence in small-group social networks, in Cognitive Systems Research, vol. 21, 1º marzo 2013, pp. 7–21, DOI:10.1016/j.cogsys.2012.06.002. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  3. ↑ Francis Heylighen, Stigmergy as a universal coordination mechanism I: Definition and components, in Cognitive Systems Research, vol. 38, 1º giugno 2016, pp. 4–13, DOI:10.1016/j.cogsys.2015.12.002. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  4. ↑ (FR) Plerre-P. Grassé, La reconstruction du nid et les coordinations interindividuelles chezBellicositermes natalensis etCubitermes sp. la théorie de la stigmergie: Essai d'interprétation du comportement des termites constructeurs, in Insectes Sociaux, vol. 6, n. 1, 1º marzo 1959, pp. 41–80, DOI:10.1007/BF02223791. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  5. ↑ (EN) Eric Bonabeau, Editor's Introduction: Stigmergy, in Artificial Life, vol. 5, n. 2, 1999-04, pp. 95–96, DOI:10.1162/106454699568692. URL consultato il 25 ottobre 2025 (archiviato dall'url originale il 20 marzo 2025).
  6. ↑ A Brief History of Stigmergy, su direct.mit.edu.
  7. ↑ Sociobiology: The New Synthesis, E.O. Wilson, 1975/2000, p.186
  8. ↑ Making swarming happen (PDF), su abcresearch.org (archiviato dall'url originale il 12 novembre 2014).
  9. ↑ (EN) Christian Blum e Daniel Merkle, Swarm Intelligence: Introduction and Applications, Springer Science & Business Media, 24 settembre 2008, ISBN 978-3-540-74089-6. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  10. ↑ (EN) Ouarda Zedadra, Nicolas Jouandeau e Hamid Seridi, Multi-Agent Foraging: state-of-the-art and research challenges, in Complex Adaptive Systems Modeling, vol. 5, n. 1, 2 febbraio 2017, p. 3, DOI:10.1186/s40294-016-0041-8. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  11. ↑ (EN) Federico A. Galatolo, Mario G. C. A. Cimino e Gigliola Vaglini, Using stigmergy to incorporate the time into artificial neural networks, in arXiv e-prints, 2018-10, pp. arXiv:1811.10574, DOI:10.48550/arXiv.1811.10574. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  12. ↑ Federico A. Galatolo, Mario G. C. A. Cimino e Gigliola Vaglini, Using stigmergy as a computational memory in the design of recurrent neural networks, 9 gennaio 2019, DOI:10.48550/arXiv.1903.01341. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  13. ↑ From local actions to global tasks: Stigmergy and collective robotics (PDF), su eecs.harvard.edu (archiviato dall'url originale il 4 novembre 2013).
  14. ↑ (EN) James A. Shapiro, Bacteria as Multicellular Organisms, su Scientific American, 1º giugno 1988. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  15. ↑ (EN) Martin Dworkin, Lingering Puzzles about Myxobacteria, in Microbe Magazine, vol. 2, n. 1, 1º gennaio 2007, pp. 18–24, DOI:10.1128/microbe.2.18.1. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  16. ↑ Ranjbar-Sahraei, B., Weiss G., and Nakisaee, A. (2012). A Multi-Robot Coverage Approach based on Stigmergic Communication. In Proc. of the 10th German Conference on Multiagent System Technologies, Vol. 7598, pp. 126-138.
  17. ↑ Giovanna Castellano, Mario G.C.A.Cimino, et al. A multi-agent system for enabling collaborative situation awareness via position-based stigmergy and neuro-fuzzy learning, Neurocomputing, Vol. 135 (2014) pp. 86-97
  18. ↑ Mario G.C.A. Cimino, Federico Galatolo, Alessandro Lazzeri, Gigliola Vaglini. Spikiness Assessment of Term Occurrences in Microblogs: an Approach Based on Computational Stigmergy, ICPRAM 2017
  19. ↑ nibiuploader, Mark Elliott on stigmergy, citizen wikis, collaborative environments, 26 agosto 2009. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  20. ↑ (EN) Wikipedia and the Politics of Openness, su www.bibliovault.org. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  21. ↑ A conversation with Steve Burbeck about multicellular computing, su weblog.infoworld.com. URL consultato il 25 ottobre 2025 (archiviato dall'url originale il 15 marzo 2009).
  22. ↑ Why is Open Access Development so Successful? Stigmergic organization and the economics of information (PDF), su pespmc1.vub.ac.be.
  23. ↑ A Collectively Generated Model of the World (PDF), su markorodriguez.com (archiviato dall'url originale il 6 gennaio 2009).
  24. ↑ Christensen, L. R. (2007). Practices of stigmergy in architectural work. In Proceedings of the 2007 international ACM Conference on Conference on Supporting Group Work (Sanibel Island, Florida, USA, November 04–07, 2007). GROUP 2007. ACM, New York, NY, 11-20.
  25. ↑ Christensen, L. R. (2008). The Logic of Practices of Stigmergy: Representational Artifacts in Architectural Design. In Proceedings of the 2008 ACM Conference on Computer Supported Cooperative Work (San Diego, CA, USA, November 8–12, 2008). CSCW '08. ACM, New York, NY, 559-568.
  26. ↑ (EN) Lars Rune Christensen, Practices of Stigmergy in the Building Process, in Computer Supported Cooperative Work (CSCW), vol. 23, n. 1, 1º febbraio 2014, pp. 1–19, DOI:10.1007/s10606-012-9181-3. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  27. ↑ (EN) Mark Elliott, Stigmergic Collaboration: The Evolution of Group Work: Introduction, in M/C Journal, vol. 9, n. 2, 1º maggio 2006, DOI:10.5204/mcj.2599. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  28. ↑ (EN) 2011-12-24 A proposal for governance in the post 2011 world | WL Central, su wlcentral.org. URL consultato il 25 ottobre 2025 (archiviato dall'url originale il 1º settembre 2013).
  29. ↑ (EN) 2012-02-21 A proposal for governance: Concentric User Groups and Epistemic Communities | WL Central, su wlcentral.org. URL consultato il 25 ottobre 2025 (archiviato dall'url originale il 31 agosto 2013).
  30. ↑ (EN) Stigmergy, in GeorgieBC's Blog, 24 dicembre 2012. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  31. ↑ (EN) Hong Kong protesters, facing divisions, wait for police to act, in mcclatchydc. URL consultato il 25 ottobre 2025.
  32. ↑ Occupy Central - Part 1, su www.zonaeuropa.com. URL consultato il 25 ottobre 2025.

Voci correlate

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Collegamenti esterni

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