Misschien zou Amazon inspiratie kunnen putten uit de eigenlijke Amazon om zijn bezorgdrones te optimaliseren.
gerelateerde inhoud
- Deze ongewone Amerikaanse mieren worden nooit oud
- Wie heeft een stuurprogramma nodig? Deze marine-boten zijn geprogrammeerd om als bijen te zwermen
- Scott Solomon is "The Ant Hunter"
Legermieren in Midden- en Zuid-Amerika zoeken agressief het kortste pad over de bosbodem om voldoende voedsel mee naar huis te nemen en de toekomst van hun kolonie te verzekeren. Deze focus op efficiëntie leidde ertoe dat de insecten een slimme truc ontwikkelden: ze verbinden hun lichamen om kuilen te vullen en levende bruggen te bouwen.
Naarmate meer mieren meedoen, verschuiven de bruggen van plaats om steeds grotere openingen te overbruggen, waardoor de weg die mieren moeten nemen bij het terugvoeren van voedsel naar het nest wordt ingekort. Maar omdat elke steen in de brug ook een verloren voederaar is, bereiken de mieren een punt waar een iets betere snelkoppeling de kosten niet waard is, volgens een nieuwe analyse van dit insectenconstructiewerk.
"Over het algemeen wordt die kosten-batenafweging bereikt, maar zonder dat mieren het echt weten", zegt studieleider Chris Reid van de Universiteit van Sydney.
De studie van Reid, die deze week in PNAS verschijnt, is de beste kijk op de architectonische algoritmen die legermieren gebruiken bij het bouwen van bruggen. Inzicht in deze regels kan wetenschappers helpen slimmere robotzwermen te ontwerpen, bijvoorbeeld door zelfassemblerende materialen te programmeren om dynamische structuren te creëren die zo groot zijn als reddingsvlotten of zo klein als chirurgische stents.
Om hun proefpersonen in het wild te zien mieren, trok het team van Reid de jungle in van het eiland Barro Colorado in Panama. Legermieren van het geslacht Eciton, hoewel vraatzuchtige kleine moordenaars, zijn voorzichtig als het gaat om duurzame jacht. Na een zware dag plunderende larven uit de kolonies van andere mieren en wespen, pakken ze op en marcheren naar een nieuw terrein op een paar honderd meter afstand.
"Je komt de volgende dag terug naar waar je eerder deze mieren had gevonden, en ze zouden weg zijn, " zegt Reid. De enige manier om ze weer betrouwbaar te vinden, was door de lopende beweging te vangen, wat betekende dat je 's nachts de jungle inging.
"Dus dat was altijd een vrij leuke ervaring - overal vogelspinnen, geruchten over jaguars die het eiland besluipen, en van alles en nog wat", zegt hij.
Na het markeren van het nieuwe jachtterrein van de mieren, gingen de onderzoekers terug naar het kamp en keerden de volgende dag terug om strakke kolommen van overvallers te vinden die langs geïmproviseerde wegen tussen het tijdelijke leger mierennest en de nesten van hun slachtoffers stroomden.
De mieren navigeren met behulp van feromonen, zodat het team gemarkeerde stokjes van het pad kan gebruiken om als verkeersborden te gebruiken en verkeer naar hun experiment kan leiden. Op de bosbodem legden ze witte planken met een boef in het pad in de vorm van een open driehoek.
In Panama hebben onderzoekers legermieren geregistreerd die levende bruggen maken om de meest efficiënte route langs de bosbodem te nemen. (Christopher R. Reid, Matthew J. Lutz, Simon Garnier en het New Jersey Institute of Technology)Toen Reid's team de actie opnam, zagen ze de mieren in realtime problemen oplossen. Eerst strompelt een enkele mier over de opening van één lichaam net onder de boef en blijft op zijn plaats. Dan legt een andere mier, die over haar loopt, feromonen op het verkorte pad.
Al snel bevriezen mieren die de snelkoppeling gebruiken op hun plaats om een deel van de brug te worden, omdat veelvuldig contact met andere mieren de kans groter maakt dat ze op slot gaan. Naarmate de brug dikker wordt, lopen reizende mieren liever verder van de boef, omdat dat pad iets is korter.
Toenemend verkeer op de favoriete rand laat die kant van de brug groeien naarmate nieuwe werknemers zich bij de architectuur voegen. Tegelijkertijd worden werknemers aan de impopulaire kant zelden aangeraakt en gaan ze weg. Na verloop van tijd begint de hele brug weg te migreren van de boef.
Maar elke keer als ze de mieren opnamen, zag het team van Reid de brug stoppen op een bepaald punt in het midden van de opening.
"Waarom stoppen ze dan?" Zegt hij. "Je zou je voorstellen dat het proces helemaal door zou gaan, totdat ze dit mooie rechte pad hebben dat alle gaten in hun omgeving overschrijdt."
Uitzoomend naar het kolonie niveau, is de strategie logisch, denkt het team. Een brug kan tijd besparen, maar elke werker die erin verstrikt is, is ook een werker die geen voedsel terugvoert naar het nest. Zodra te veel werknemers van de weg zijn, is het verder verspillen van waardevolle middelen een brug verbeteren.
"Ik had net verwacht dat ze de brug zouden maken die het kortst mogelijke pad maakt, " zegt David Hu, Georgia Tech, die eerder onderzoek heeft gedaan naar de levende vlotten die vuurmieren bouwen tijdens overstromingen. "Hoe weten ze dat dit de beste brug voor hen is?"
Hoewel het nog steeds onduidelijk is, is de favoriete verklaring van Reid dat de brug stopt met verschuiven wanneer de afname van het verkeer merkbaar wordt voor de levende structuur. Naarmate de langere brug meer mieren van de weg zuigt, worden de aanrakingen die een mier ertoe aanzetten zijn lichaam aan de brug te doneren minder gebruikelijk.
Hoewel Hu vindt dat deze uitleg te ruw is om het opgeloste mysterie te beschouwen, benadrukt hij dat dit 'mooie experiment' een eerste stap is om dit soort probleemoplossend gedrag te begrijpen en uiteindelijk toe te passen op zwermende robots.
"We hebben niets opgebouwd uit robotica dat deze combinatie heeft van snel bewegen en ook bouwmateriaal worden", zegt hij. "Ze gaan zo snel tussen de wandelende staat en de bruggenbouwende staat dat dit ding gewoon lijkt te veranderen."
In de toekomst is de groep van Reid van plan om samen te werken met Harvard-computerwetenschapper Radhika Nagpal, die denkt dat het soort denken, het berekenen van de architectuur waartoe legermieren in staat zijn, nuttig zou zijn voor kleine, vervangbare robots bij gevaarlijke reddingsoperaties. "Ze kunnen zichzelf assembleren in grotere structuren - bruggen, torens, kettingen trekken, vlotten, " zegt ze.
Naast dergelijke technische toepassingen, demonstreren de mieren zelf de kracht van een leiderloze maar goed geprogrammeerde zwerm.
"Ze zijn zeker een superorganisme", zegt Nagpal. "Ik zie niet in hoe je fout kunt gaan als je volledig gefascineerd bent door hoe zo'n grote groep zo snel en zonder politiek en zonder hiërarchieën van managers en CEO's kan."
