Исследователи использовали миниатюрных роботов, чтобы имитировать, как настоящие муравьи маневрируют своими собственными сетями. Предоставлено: Саймон Гарнье и др.
Для муравьев следы фуражировки, которые они оставляют после себя, подобны спасательным кругам: они направляют рабочих к обнаруженным ранее центрам питания и помогают отвести их домой обратно в свое гнездо.
Эти сети трасс могут простираться на сотни футов, что является достижением, учитывая, что многие рабочие муравьи меньше половины дюйм в длину. Один тип муравьев комбайнов может проложить ряд тропинок (PDF), которые тянутся на 82 фута от входа в его гнездо. Тропы лесного муравья, насекомого размером всего пять миллиметров (это одна пятая дюйма), достигают 656 футов, каждый из которых разветвляется на несколько дорожек в до 10 точек на каждой тропе. Муравей-листорез может построить сеть, которая простирается почти на два с половиной акра.
Такие виды муравьев, как эти, стремятся пройти кратчайший путь между гнездом своей колонии и источником пищи, следуя ветвям, которые как можно меньше отклоняются от направления, в котором они начали свое путешествие. Вилы в их сети следов, известных как бифуркации, не симметричны и не разветвляются на углы одинакового размера. Но используют ли муравьи утонченное чувство геометрии, чтобы проследить их путь, измеряя углы дорог, прежде чем выбрать один?
Чтобы узнать больше, исследователи из Технологического института Нью-Джерси (NJIT) и Исследовательского центра по когнитивным исследованиям во Франции использовали миниатюрных роботов для воспроизведения поведения колонии аргентинских муравьев в движении, сообщается сегодня в журнале PLOS Computational Biology . У этого вида муравьев очень плохое зрение, и он суетится на высоких скоростях, однако он может маневрировать по коридору за коридором, от дома до еды и наоборот.
Когда вокруг нет никаких препятствий, муравьи предпочитают идти по прямой линии, не отклоняясь от своего курса. Люди тоже такие: если бы мы шли по улице к ресторану, который находится на той же стороне дороги, что и мы, мы бы не перешли на противоположный тротуар, если бы что-то не мешало нам. Чтобы наполнить это чувство избегания препятствий роботами, исследователи запрограммировали их избегать препятствий и следовать легким тропам, которые исследователи использовали в качестве замены покрытых феромонами путей.
«Алиса», крошечный робот размером два сантиметра (чуть меньше одного дюйма), следящий за светом с помощью двух фоторецепторов . Предоставлено: Саймон Гарнье и др.
Затем 10 крошечным роботам в этом исследовании, названным Alices, было поручено ориентироваться в лабиринтной среде примерно в 60–70 раз больше их размера, от начальной точки, представляющей вход в гнездо, до конечной точки, обозначающей источник пищи. Два фоторецептора, имитирующие муравьиные антенны, обнаружили лучи света. По мере того, как роботы путешествовали по лабиринту, исследователи вводили гаечный ключ в планы маленьких машин - в случайные моменты их путешествия роботов заставляли поворачиваться, механизм, предназначенный для того, чтобы еще больше подражать блуждающим походкам муравьев, когда они ползали по своим путям , Эти случайные повороты вращаются на углы не более 30 градусов, поскольку настоящие муравьи не очень эффективны при физическом развороте .
В приведенном ниже ускоренном видео исследователи проверили навыки навигации Alices в сложной сети, предложив им выбрать кратчайший путь от их «гнезда» (справа) до «источника пищи (слева). Различные лучи света, проецируемые на лабиринт, изменили движения роботов внутри сети, когда их фоторецепторы начали действовать.
Исследователи обнаружили, что без знания геометрии лабиринта роботы-роботы вели себя точно так же, как и настоящие муравьи: они делали небольшие случайные повороты, но двигались в том же общем направлении. Когда они достигли развилки на дороге, это заставило роботов выбрать путь, который меньше всего отклонялся от их начальной траектории. хотя они не были оборудованы для измерения любых углов. Когда они обнаружили легкий след, они повернули, чтобы следовать по этому пути.
Исследователи говорят, что это означает, что аргентинским муравьям, возможно, не нужно использовать сложные когнитивные процессы для вычисления геометрии различных троп. Но переход на дорогу, ведущую к кратчайшему пути к еде, значительно увеличивает успех в поисках пищи для всей колонии. Поэтому использование феромонов с интуитивным пространственным знанием того, где может находиться пища, удерживает муравьев на правильном пути; По мере того, как все больше муравьев следуют по пути к пище, феромоны становятся более сконцентрированными вдоль пути, что еще больше помогает руководить муравьями, которым еще предстоит путешествовать. На самом деле, навигационный метод выбора правильной развилки на дороге в три раза увеличивает количество пищи, которую муравьи приносят в свое гнездо, чем если бы они полагались только на феромоны, говорит ведущий автор Саймон Гарнье, профессор биологии в NJIT.
«Если у вас есть только феромоны и у вас нет этого трюка, вы менее эффективны, потому что у вас больше шансов поймать муравьев в петли», - говорит Гарнье, который руководит лабораторией Swarm Lab института, которая изучает группу насекомых. поведение. «Таким образом, они укрепят свой путь вокруг петли, и они просто застрянут в этой петле и будут вращаться и поворачиваться навсегда».
Такая навигация может также помочь направлять муравьев через подземные пути, которые соединяют различные части их гнезд. Воспроизведение этих естественных навигационных инструментов позволяет исследователям лучше понять внутреннюю работу коллективного поведения животных.
