Si vous avez déjà campé près d'un étang, vous savez que les grenouilles font du vacarme la nuit; mais ce que vous ne savez peut-être pas, c'est à quel point leurs refrains sont fonctionnels et réglementés. Les grenouilles communiquent avec le son, et au milieu de leur chahut se trouve un système orchestré en interne qui permet aux informations de passer plus clairement tout en permettant aux chœurs collectifs et au temps de se reposer. Des chercheurs de l'Université d'Osaka et de l'Université de Tsukuba ont cherché à tirer parti de ce sens amphibie à des fins mathématiques et technologiques.

L'équipe a examiné les modèles d'appel des rainettes japonaises mâles sur différents intervalles de temps. Faire cela, ils ont placé trois grenouilles dans des cages individuelles à l'intérieur et ont enregistré leur interaction vocale. Ils ont découvert que les grenouilles évitaient à la fois les croassements qui se chevauchaient et alternaient collectivement entre l'appel et le silence. Les chercheurs ont ensuite créé un modèle mathématique pour adapter les enseignements acoustiques des grenouilles au profit technologique, en tant que tels, les modèles sont similaires à ceux valorisés dans les réseaux. Les résultats sont rapportés dans le journal Science ouverte de la Royal Society .

"Nous avons trouvé que les grenouilles voisines évitaient le chevauchement temporel, qui permet un chemin clair pour que les voix individuelles soient entendues, », explique le co-auteur de l'étude, Daichi Kominami. « De la même manière, les nœuds voisins d'un réseau de capteurs doivent alterner les horaires de transmission des données afin que les paquets de données n'entrent pas en collision."

Dans les trios de grenouilles observés, il y avait aussi des temps d'alternance entre silences collectifs et chœurs. L'évitement du chevauchement était cohérent (déterministe), tandis que ces derniers appels collectifs étaient plus variés (stochastiques). Une autre utilité du modèle était la façon dont il permet intelligemment aux grenouilles de se reposer de leur appel, qui demande beaucoup d'énergie.

Les chercheurs ont ensuite développé un modèle mathématique incorporant les principaux schémas d'interaction des grenouilles et les adaptant à un format à base de phase utilisable par des moyens technologiques.

"Nous avons modélisé les états d'appel et de silence de manière déterministe, " selon l'auteur principal Ikkyu Aihara, "tout en modélisant les transitions vers et depuis eux de manière stochastique. Ces modèles reproduisaient qualitativement le modèle d'appel de grenouilles réelles et ont ensuite été utiles pour concevoir des systèmes de communication distribués autonomes."

De tels systèmes doivent réguler intelligemment les concessions mutuelles, activité et repos. Par conséquent, comme troisième partie de l'étude, les chercheurs ont utilisé le modèle pour la gestion du trafic de données dans un réseau de capteurs sans fil. Ces réseaux sont un élément clé de l'Internet des objets, car leurs nœuds de capteurs dispersés mesurent et communiquent différentes caractéristiques environnementales. Puis, par une coordination complexe, les données collectées sont transmises à un système central.

Ils ont découvert que l'alternance à court terme était particulièrement efficace pour éviter les collisions de paquets de données. Pendant ce temps, les transitions cycliques et collectives dans le temps long étaient prometteuses pour réguler les consommations énergétiques.

« Il y a un double avantage à cette étude, ", dit le co-auteur Masayuki Murata. "Cela conduira à la fois à une plus grande connaissance biologique dans la compréhension des chœurs de grenouilles, et à une plus grande efficacité technologique dans les réseaux de capteurs sans fil."