Чтобы оптимизировать свои дроны доставки, возможно, Amazon мог бы черпать вдохновение из настоящего Amazon.
Связанный контент
- Эти необычные американские муравьи никогда не стареют
- Кому нужен водитель? Эти морские лодки запрограммированы на пчел
- Скотт Соломон - "Охотник на муравьев"
Армейские муравьи в Центральной и Южной Америке настойчиво ищут кратчайший путь через лесную подстилку, чтобы принести домой достаточно еды и обеспечить будущее своей колонии. Этот акцент на эффективность заставил насекомых разработать хитрый трюк: они связывают свои тела вместе, чтобы заполнить выбоины и построить живые мосты.
По мере того, как к ним присоединяются все больше муравьев, мосты меняют места, чтобы охватить все большие и большие промежутки, сокращая путь, который должны пройти муравьи, когда несут еду обратно в гнездо. Но поскольку каждый кирпич в мосту также является потерянным фуражиром, муравьи достигают точки, где немного лучший ярлык просто не стоит затрат, согласно новому анализу этой работы по строительству насекомых.
«В целом, компромисс между затратами и выгодой достигнут, но без каких-либо знаний муравьев», - говорит руководитель исследования Крис Рейд из Сиднейского университета.
Исследование Рейда, появившееся на этой неделе в PNAS, является самым близким взглядом на архитектурные алгоритмы, которые используют муравьи армии, когда строят мосты. Понимание этих правил может помочь ученым в разработке более интеллектуальных роботизированных роев, например, путем программирования самосборных материалов для создания динамических структур, таких больших, как спасательные плоты или таких же маленьких, как хирургические стенты.
Чтобы увидеть своих подданных в дикой природе, команда Рейда направилась в джунгли Панамского острова Барро Колорадо. Армейские муравьи из рода Eciton, хотя и прожорливые маленькие убийцы, предусмотрительны, когда дело доходит до устойчивой охоты. После тяжелого дня, грабя личинок из колоний других муравьев и ос, они собирают и идут на новую территорию в нескольких сотнях футов.
«На следующий день вы вернетесь туда, где ранее нашли этих муравьев, и их уже не будет», - говорит Рейд. Единственный способ надежно найти их снова - это поймать ход, что означало заходить в джунгли ночью.
«Так что это всегда был довольно забавный опыт - повсюду тарантулы, слухи о ягуарах, преследующих остров, и всякие подобные вещи», - говорит он.
После маркировки новых охотничьих угодий муравьев исследователи возвращались в лагерь и возвращались на следующий день, чтобы найти тесные колонны рейдеров, бегущих вдоль импровизированных дорог между временным гнездом муравейника и гнездами их жертв.
Муравьи перемещаются, используя феромоны, поэтому команда могла взять размеченные палки с пути, чтобы использовать их в качестве дорожных знаков и перенаправить движение в свой эксперимент. На лесной подстилке они положили белые доски с крючком на дорожке в форме открытого треугольника.
В Панаме исследователи зафиксировали, как армейские муравьи строят живые мосты, чтобы выбрать наиболее эффективный маршрут вдоль дна леса. (Кристофер Р. Рейд, Мэтью Дж. Латц, Саймон Гарнье и Технологический институт Нью-Джерси)Когда команда Рейда записала действие, они увидели решение проблемы муравьев в реальном времени. Сначала один муравей спотыкается о щель длиной в одно тело прямо под крюком и вставляет на место. Затем другой муравей, проходя над ней, кладет феромоны на укороченный путь.
Вскоре муравьи, использующие ярлык, замерзают на месте, чтобы стать частью моста, поскольку частый контакт с другими муравьями повышает вероятность их блокировки. По мере того как мост утолщается, бегущие муравьи предпочитают идти дальше от изгиба, потому что этот путь немного короче.
Увеличенный трафик на привилегированном краю заставляет эту сторону моста расти, поскольку новые рабочие присоединяются к архитектуре. В то же время, работники на непопулярном краю редко трогаются и начинают уходить. Со временем весь мост начинает отходить от мошенника.
Но каждый раз, когда они записывали муравьев, команда Рида видела, как мост перестал смещаться в какой-то момент в середине промежутка.
«Почему они тогда останавливаются?» - говорит он. «Вы можете себе представить, что процесс будет продолжаться до самого конца, пока у них не появится этот прекрасный прямой путь, который проходит через все пробелы в их среде».
Команда считает, что при уменьшении уровня колонии стратегия имеет хороший финансовый смысл. Мост может сэкономить время, но каждый рабочий, пойманный в него, также является рабочим, не несущим еду обратно в гнездо. Когда слишком много рабочих покидают дорогу, дальнейшее улучшение моста - пустая трата драгоценных ресурсов.
«Я бы только ожидал, что они проложат мост, который сделает кратчайший путь», - говорит Дэвид Ху из Georgia Tech, который ранее исследовал живые плоты, которые строят муравьи во время наводнений. «Откуда они знают, что это лучший мост для них?»
Хотя это все еще неясно, любимое объяснение Рейда состоит в том, что мост перестает сдвигаться, когда уменьшение трафика становится заметным для живой конструкции. По мере того, как длинный мост сосет больше муравьев с дороги, прикосновения, побуждающие муравья пожертвовать свое тело мосту, становятся менее распространенными.
Хотя Ху думает, что это объяснение слишком грубое, чтобы считать загадку раскрытой, он подчеркивает, что этот «прекрасный эксперимент» является первым шагом в понимании такого рода поведения для решения проблем и в конечном итоге его применения к роящимся роботам.
«У нас нет ничего построенного из робототехники, в которой есть такая комбинация, которая очень быстро движется и становится строительным материалом», - говорит он. «Они идут между состоянием ходьбы и состоянием строительства моста так быстро, что эта штука, кажется, просто трансформируется».
В будущем группа Рида планирует работать с ученым из Гарварда Радхикой Нагпалом, который считает, что мышление и расчет архитектуры, на которую способны армейские муравьи, будут полезны для небольших расходуемых роботов в опасных спасательных операциях. «Они могут самостоятельно собираться в более крупные конструкции - мосты, башни, натяжные цепи, плоты», - говорит она.
Помимо такого технического применения, муравьи сами демонстрируют мощь без лидера, но хорошо запрограммированного роя.
«Они, безусловно, суперорганизм», - говорит Нагпал. «Я не понимаю, как можно ошибиться, будучи полностью очарован тем, как такая большая группа может сделать так много, так быстро, без политики и без иерархии менеджеров и руководителей».
