https://frosthead.com

Hærmyrer handler som algoritmer for at gøre leverancerne mere effektive

For at optimere sine leveringsdroner kunne Amazon måske hente inspiration fra den egentlige Amazon.

Relateret indhold

  • Disse usædvanlige amerikanske myrer bliver aldrig gamle
  • Hvem har brug for en driver? Disse marinebåde er programmeret til at sverme som bier
  • Scott Solomon er "The Maur Hunter"

Hærmyrer i Mellem- og Sydamerika opsøger aggressivt den korteste sti over skovbunden for at bringe nok mad hjem og sikre deres kolonis fremtid. Dette fokus på effektivitet førte til, at insekterne udviklede et smart trick: De forbinder deres kroppe sammen for at fylde huller og bygge levende broer.

Efterhånden som flere myrer melder sig sammen, skifter broerne placeringer for at spænde over større og større huller, hvilket forkorter den sti, som myrer skal tage, når de transporterer mad tilbage til reden. Men fordi hver mursten i broen også er en tabt falser, når myrer et punkt, hvor en lidt bedre genvej bare ikke er prisen værd, ifølge ny analyse af dette insektkonstruktionsarbejde.

”Samlet set nås denne omkostnings-fordelingsudveksling, men uden at myrer virkelig ved, ” siger studieleder Chris Reid fra University of Sydney.

Reids undersøgelse, der vises denne uge i PNAS, er det nærmeste blik endnu på de arkitektoniske algoritmer, som hærmyrer bruger, når de bygger broer. At forstå disse regler kunne hjælpe videnskabsmænd med at designe smartere robotværker, for eksempel ved at programmere selvmonterende materialer til at skabe dynamiske strukturer så store som redningsflåder eller så små som kirurgiske stenter.

For at se deres motiver skræmme i naturen, gik Reids team ind i junglen på Panamas Barro Colorado Island. Hærmyrer fra slægten Eciton, skønt glupelige små mordere, er forsigtige med hensyn til bæredygtig jagt. Efter en hård dag med pilning af larver fra kolonierne fra andre myrer og hveps, samles de op og marcherer til nyt territorium et par hundrede meter væk.

”Du kommer tilbage næste dag, hvor du tidligere havde fundet disse myrer, og de ville være væk, ” siger Reid. Den eneste måde at finde dem pålideligt igen var at fange det igangværende træk, hvilket betød at gå ind i junglen om natten.

”Så det var altid en temmelig sjov oplevelse - tarantler overalt, rygter om jaguarer, der forfølger øen, og alle slags ting som det” siger han.

Efter at have markeret myrenes nye jagtpladser, ville forskerne tage tilbage til lejren og vende tilbage den næste dag for at finde stramme kolonner med raiders, der strømmer langs improviserede køreveje mellem det midlertidige hærmyr og deres ofrets reder.

Myrene navigerer ved hjælp af feromoner, så holdet kunne tage markerede pinde fra stien til brug som vejskilte og omdirigere trafik til deres eksperiment. På skovbunden lagde de hvide tavler med en skurv i stien formet som en åben trekant.

I Panama registrerede forskere hærmyrer, der lavede levende broer for at tage den mest effektive rute langs skovbunden. (Christopher R. Reid, Matthew J. Lutz, Simon Garnier og New Jersey Institute of Technology)

Da Reids team optog handlingen, så de myrerne problemløsning i realtid. Først snubler en enkelt maur sig vej over den en-kropslængde kløft lige under skurken og stikker på plads. Så lægger en anden maur, der går hen over hende, feromoner ned på den forkortede sti.

Snart fryser myrer, der bruger genvejen på plads for at blive en del af broen, da hyppig kontakt med andre myrer gør dem mere tilbøjelige til at låse sig fast. Efterhånden som broen tykner, foretrækker rejsende myrer at gå længere væk fra skurken, fordi denne sti er lidt kortere.

Øget trafik i den foretrukne kant får den side af broen til at vokse, når nye arbejdstagere tilslutter sig arkitekturen. Samtidig bliver arbejdere i den upopulære kant sjældent rørt og begynder at forlade. Med tiden begynder hele broen at vandre væk fra skurken.

Men hver gang de registrerede myrer, så Reids hold, at broen stoppede med at skifte på et tidspunkt midt i kløften.

”Hvorfor stopper de op da?” Siger han. "Du kan forestille dig, at processen ville fortsætte helt ned, indtil de har denne dejlige lige sti, der går over alle huller i deres miljø."

Zoome ud til koloniniveauet giver strategien god finanspolitisk mening, tænker teamet. En bro kan spare tid, men hver arbejdstager, der er fanget i en, er også en arbejdstager, der ikke fører mad tilbage til reden. Når for mange arbejdstagere er ude af vejen, er yderligere spild af dyrebare ressourcer spild af yderligere en bro.

”Jeg ville lige have forventet, at de skulle gøre broen, der gør den kortest mulige sti, ” siger Georgia Techs David Hu, der tidligere har undersøgt de levende flåde, som yrer myrer bygger under oversvømmelser. ”Hvordan ved de, at dette er den bedste bro for dem?”

Selvom det stadig er uklart, er Reids foretrukne forklaring, at broen holder op med at skifte, når faldet i trafikken bliver mærkbar for den levende struktur. Efterhånden som den længere bro suger flere myrer væk fra vejen, bliver berøringen, der får en myr til at donere sit krop til broen, mindre almindelig.

Mens Hu synes, at denne forklaring er for usædvanlig til at overveje det løst mysterium, understreger han, at dette “smukke eksperiment” er et første skridt i forståelsen af ​​denne form for problemløsende adfærd og til sidst anvender den til sværmende robotter.

”Vi har intet bygget ud af robotik, der har denne kombination af at bevæge sig virkelig hurtigt og også blive byggemateriale, ” siger han. ”De går mellem gangtilstanden og brobygningstilstanden så hurtigt, at denne ting ser ud til at blive morf.”

I fremtiden planlægger Reids gruppe at samarbejde med Harvard-datalogiker Radhika Nagpal, der mener, at den slags tænkning, der beregner arkitektur, som hærmyrer er i stand til, ville være nyttig for små, udnyttelige robotter i farlige redningsoperationer. ”De kunne selv samles i større strukturer - broer, tårne, trækæder, flåder, ” siger hun.

Ud over sådanne tekniske applikationer demonstrerer myrerne selv kraften i en lederløs, men velprogrammeret sverm.

”De er en superorganisme med sikkerhed, ” siger Nagpal. ”Jeg kan ikke se, hvordan man kan gå galt, når man bliver helt fascineret af, hvordan en stor gruppe kan gøre så meget så hurtigt og uden politik og uden hierarkier af ledere og administrerende direktører.”

Hærmyrer handler som algoritmer for at gøre leverancerne mere effektive