Sahut-sahutan katak jadi inspirasi jaringan nirkabel

Katak pohon jantan Jepang yang diteliti dalam penelitian ini. (Universitas Osaka)

Saat berkemah di dekat kolam, danau, atau rawa, tentu Anda tahu katak sering membuat keributan di malam hari; tetapi yang mungkin tidak Anda ketahui adalah seberapa fungsional dan teraturnya paduan suara mereka. Katak berkomunikasi dengan suara, dan di tengah keributan mereka terdapat sistem yang secara internal diatur dan memungkinkan informasi melintas dengan lebih jelas sementara memungkinkan terjadinya paduan suara kolektif dan jeda untuk beristirahat. Para peneliti dari Universitas Osaka dan Universitas Tsukuba berusaha memanfaatkan ketajaman amfibi ini untuk tujuan pemecahan konsep matematika dan teknologi.

Tim peneliti melihat pola panggilan katak pohon Jepang jantan selama interval waktu yang berbeda. Untuk mengetahuinya, mereka menempatkan tiga katak di dalam kandang masing-masing dan merekam interaksi vokal mereka. Mereka menemukan bahwa kedua katak menghindari tumpang tindih suara dan secara kolektif beralih antara memanggil dan diam. Para peneliti kemudian menciptakan model matematika untuk mengadaptasi pelajaran akustik katak ini untuk dimanfaatkan dalam teknologi, karena pola tersebut serupa dengan yang dilakukan dalam jaringan. Temuan ini dilaporkan dalam jurnal Royal Society Open Science.

“Kami menemukan katak-katak yang berdekatan menghindari tumpang tindih temporal, yang memungkinkan jalur yang jelas agar suara individu terdengar,” kata peneliti studi Daichi Kominami menjelaskan. "Dengan cara yang sama dengan ini, simpul berdekatan dalam jaringan sensor perlu mengganti waktu pengiriman data sehingga paket data tidak bertabrakan."

Dalam trio katak yang diamati, terdapat juga waktu bergantian antara keheningan kolektif dan paduan suara. Penghindaran tumpang tindihnya konsisten (deterministik), sementara panggilan kolektif berikutnya lebih bervariasi (stokastik). Utilitas lanjutan pada pola tersebutlah yang memungkinkan katak beristirahat dari panggilan masing-masing, yang menuntut banyak energi.

Hubungan antara paduan suara katak dan jaringan sensor nirkabel.

(Universitas Osaka)

Para peneliti kemudian mengembangkan model matematika yang menggabungkan pola interaksi utama katak dan mengadaptasinya ke format berbasis fase yang dapat digunakan untuk sarana teknologi.

"Kami memodelkan kondisi panggilan dan diam dengan cara deterministik," menurut peneliti utama Ikkyu Aihara, "sementara memodelkan transisi ke dan dari mereka dengan cara stokastik. Model-model itu secara kualitatif mereproduksi pola panggilan katak yang sebenarnya dan kemudian membantu dalam merancang sistem komunikasi terdistribusi otonom."

Sistem seperti itu harus secara cerdik mengatur pola memberi dan menerima, beraktivitas, dan istirahat. Oleh karena itu, sebagai bagian ketiga dari penelitian ini, para peneliti memanfaatkan model pada manajemen lalu lintas data dalam jaringan sensor nirkabel. Jaringan-jaringan ini adalah komponen kunci dalam internet-segala, karena simpul sensor yang tersebar mengukur dan mengomunikasikan karakteristik lingkungan yang berbeda-beda. Kemudian, melalui koordinasi yang kompleks, data yang dikumpulkan dimasukkan ke sistem pusat.

Data empiris paduan suara katak; katak jantan mengganti panggilan mereka dalam interval singkat, secara kolektif beralih antara panggilan dan diam. 

(Universitas Osaka)

Mereka menemukan pergantian skala-waktu-singkat sangat efektif dalam mencegah tabrakan paket data. Sementara itu, transisi siklik dan kolektif dalam skala waktu yang lama menjanjikan pengaturan konsumsi energi.

“Ada manfaat ganda pada penelitian ini,” kata peneliti Masayuki Murata. "Ini akan mengarah pada pengetahuan biologis yang lebih besar dalam memahami paduan suara katak, dan efisiensi teknologi yang lebih besar dalam jaringan sensor nirkabel."


Osaka University