Las fallas en redes grandes se pueden prevenir con un enfoque local

Vivimos en un mundo cada vez más conectado, un hecho subrayado por la rápida propagación del coronavirus en todo el mundo. Detrás de esta conectividad se encuentran redes complejas: transporte aéreo global, Internet, redes eléctricas, sistemas financieros y redes ecológicas, por nombrar solo algunas. La necesidad de asegurar el buen funcionamiento de estos sistemas también es cada vez mayor, pero su control es difícil.

Ahora, un equipo de investigación de la Universidad de Northwestern ha descubierto una propiedad ubicua de una red compleja y ha desarrollado un método computacional novedoso que es el primero en explotar sistemáticamente esa propiedad para controlar toda la red usando solo información local. El método considera el tiempo computacional y los costos de comunicación de información para producir la elección óptima.

Las mismas conexiones que brindan funcionalidad en las redes también pueden servir como conductos para la propagación de fallas e inestabilidades. En redes tan dinámicas, recopilar y procesar toda la información necesaria para tomar una mejor decisión puede llevar demasiado tiempo. El objetivo es diagnosticar un problema y tomar medidas antes de que genere un problema en todo el sistema. Esto puede significar tener menos información pero ser oportuno.

«El control se trata de obtener la información más relevante y luego tomar la mejor decisión con prontitud», dijo Adilson E. Motter, experto en sistemas complejos y dinámica no lineal. «Descubrimos que, independientemente del tamaño de la red, a menudo se la puede tratar como una red pequeña o local con fines de control. Llamamos a esta propiedad localidad, y la mayoría de las redes la tienen. Comprender esta propiedad de la red es clave para controlar eficientemente el sistema».

Motter, quien supervisó la investigación, es profesor de Charles E. y Emma H. ​​Morrison en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Su investigación se centra en el control y modelado de redes de sistemas físicos, biológicos y de ingeniería complejos.

Una característica importante es que el método se puede aplicar ampliamente en diferentes tipos de sistemas de red para controlar el sistema cuando se perturba, dijo Motter. En su estudio, los investigadores demuestran la eficacia de su método a través de cuatro ejemplos concretos, incluida la reducción de la propagación de epidemias a través de la red mundial de transporte aéreo y el control de estabilidad de la red eléctrica del este de EE. UU.

Un artículo que describe la teoría y los algoritmos de los investigadores se publicará la semana del 18 de julio en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).