火蚁高效工作的秘密:让一部分蚂蚁干站着
為了理解火蟻有效工作而不出現堵塞的策略,研究人員研究了螞蟻如何在模擬土壤的玻璃顆粒中挖掘隧道。圖片來源:Rob Felt Georgia Tech
總有些坐享其成的人,當他們勤勞的同事把工作都干完的時候,他們只是閑坐著無所事事。但對社會的高效運轉來說,這些人真的有存在的必要嗎?或許還真有——至少火蟻(fireant)在地下挖巢的時候的確如此。
“火蟻在佐治亞州很常見,事實上,它們 30 年代從南美洲遷移至美國,在靠南三分之一的美國地區(qū)都很常見。”佐治亞理工學院(Georgia Tech)的物理學家丹尼爾·戈德曼(Daniel Goldman)如是說。
火蟻是高度社會性的生物,戈德曼的團隊想知道在沒有核心領導者給出命令的時候,單個螞蟻是如何知道自己該干什么的。
為了找到答案,戈德曼的團隊用顏料標記單個火蟻,并觀察它們挖掘一次只能通過一只螞蟻的狹窄隧道。最終發(fā)現,僅靠 30% 的螞蟻就完成了 70% 的工作。“令我驚訝的是,我們最終發(fā)現任何時間段都只有這么少的螞蟻真正在干活。”
有四分之一的螞蟻甚至從沒進過隧道;還有一部分爬進去了,但一丁點兒土也沒挖就離開了。這些閑逛和袖手旁觀的行為,保證了擁擠的隧道沒有出現“昆蟲堵塞”,從而避免施工陷入停滯。
當科學家把五只最勤勞的螞蟻從群體中移走,其他螞蟻立刻前赴后繼補充進去,整體的工作效率沒有絲毫的降低。只要存在分工以保持隧道暢通,一段時間內究竟是哪些螞蟻工作或賦閑似乎并不重要。研究結果已發(fā)表在《科學》(Science)雜志上。
戈德曼的團隊也在計算機上模擬了螞蟻筑巢,模擬中電子螞蟻最高效的挖掘模式與真實螞蟻相似。
這一研究將會影響機器人設計和制造。想象一下,派一群機器人去瓦礫中搜尋災難幸存者;或者是納米機器人在我們的體內診斷疾病并提供針對性的治療:這樣一大群機器人需要避免堵在狹窄的空間中。也許有必要編寫一個程序,讓一部分機器人閑坐下來靜靜地看著同伴工作。
翻譯:路暢
總結
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