Un certain nombre de technologies que nous utilisons maintenant ont été «inventées» et mises en œuvre par la sélection naturelle et d'autres mécanismes évolutifs il y a des millions d'années. Ceci, par exemple, la navigation par ultrasons (chauves-souris), les sonars (baleines), le pistolet paralysant (anguilles électriques), etc. Il s'est avéré, il y a des millions d'années, que la nature a également développé des algorithmes selon lesquels fonctionne le protocole réseau TCP / IP, déjà créé par l'homme. Les méthodes de recherche de nourriture des fourmis sont cohérentes avec ces algorithmes.
Dans presque toutes les colonies de fourmis, la plupart des espèces de fourmis ont des butineuses - des individus qui fournissent de la nourriture. À première vue, les butineuses courent au hasard autour du nid, certaines plus loin, d'autres plus près, et leurs activités n'ont aucun sens particulier. Mais ce n'est qu'à première vue. Malgré l'apparence aléatoire de leur comportement, il obéit à certaines lois.
Le cas le plus frappant est le comportement des butineuses des fourmis de l'espèce Pogonomyrmex barbatus. Ils ne reviennent presque jamais dans la colonie sans proie - nourriture. La fréquence et le nombre de descentes de nourriture dépendent de la fréquence et du nombre de butineuses qui reviennent dans la colonie.
De nombreux schémas comportementaux des fourmis n'ont pas changé depuis plusieurs millions d'années, on peut donc dire que ce sont ces insectes qui ont inventé les principes de base du TCP / IP il y a des millions d'années. Selon le chercheur
Balaji Prabhakar , il y a longtemps, les fourmis ont appris des fonctions telles que le démarrage lent de la transmission et l'interruption de la transmission à la suite d'une interruption de la communication (temps mort). Comme pour le premier cas, lors de l'envoi d'un grand nombre de butineuses (paquets), la transmission continue, mais à de grands intervalles.
S'il n'y a pas de fourmis revenant avec de la nourriture (il n'y a pas de confirmation de livraison du colis), la transmission est interrompue pendant un certain temps. Dans le cas de ce type de fourmis, le retard est d'environ 20 minutes. Si aucune fourmi n'est revenue pendant cette période, les nouveaux butineurs ne vont nulle part, le nid est en mode veille. Dès qu'au
moins un butineur avec de la nourriture apparaît , l'envoi des fournisseurs de livraison de nourriture reprend.
Optimisation de l'itinéraire: rétroaction positive et négative
En quittant le nid, le butineur se déplace le long d'une trajectoire arbitraire. Il laisse une trace odorante (pour les autres fourmis) à l'aide de phéromones. La fourmi revient sur son propre chemin, et la trajectoire peut être quelque peu différente (par exemple, en revenant avec la charge, il est obligé de contourner des obstacles qu'il vient de conquérir légèrement, comme un sommet de montagne).
Si le butineur revient avec la charge, les autres fourmis «comprennent» qu'il y a encore de la nourriture là où l'éclaireur vient de se rendre. Initialement, d'autres fourmis se déplacent le long des "chemins" d'origine, mais finissent par tracer une nouvelle route la plus courte. Le fait est que plus de fourmis parviennent à passer le long du chemin court par unité de temps que le long du long, ce qui signifie que la trace de phéromones du chemin court augmentera après un certain temps, mais la piste du chemin long, au contraire, s'affaiblira. En fin de compte, la route la plus courte restera, et les longues routes disparaîtront en raison de l'évaporation des feromones. Il y a une nuance intéressante - si les phéromones ne s'évaporaient pas, ou si elles s'évaporaient plus lentement qu'en réalité, alors les fourmis ne pourraient pas faire un court chemin.
Fourmi moissonneuse (Pogonomyrmex barbatus)Et donc, puisque le système est basé sur une rétroaction positive (lorsque d'autres individus rendent le chemin des phéromones plus «perceptible) et un retour négatif (les phéromones s'évaporent, le chemin devient moins perceptible pour les autres individus), la trajectoire des fourmis s'auto-organise et, finalement, ils commencer à se déplacer le long du chemin le plus court.
Fourmis et robots
Cette année, il est devenu connu une autre étude sur les colonies de fourmis, dont les résultats ont été utilisés en robotique. Le fait est que les scientifiques ont longtemps été surpris de la capacité des insectes à éviter les embouteillages lors des fouilles. Tous s'organisent en quelque sorte, les fourmis passent le reste des individus avec une charge.
Dans une nouvelle expérience, les
experts ont examiné le comportement de 30 fourmis de feu de l'espèce Solenopsis invicta. Dans le processus de création du nid, ils ont transporté la charge (particules de sol). Au début, des embouteillages sont apparus dans les tunnels, mais avec le temps, les fourmis ont appris à attendre que le passage soit dégagé, puis elles ont transporté leur charge sans problème.
Les scientifiques ont étudié l'algorithme du comportement des fourmis et l'ont utilisé pour entraîner de petits robots. Les mécanismes ont été entraînés pour transporter la cargaison dans un modèle de fourmis et les robots ont commencé à fonctionner sans problème et sans problème. Les robots ont appris à laisser leurs frères passer avec la cargaison et à suivre l'itinéraire prévu sans collisions ni retards spéciaux. Selon les auteurs de l'étude, les algorithmes obtenus peuvent être utiles pour la logistique, les robots, ainsi que pour construire des modèles de réduction des embouteillages. Auparavant, seuls des modèles statistiques étaient utilisés, mais maintenant il est tout à fait possible d'utiliser les mécanismes utilisés par les fourmis.
Division IoT et fourmis d'une colonie
Une autre expérience, réalisée il y a plusieurs années, a
permis de comprendre pourquoi les fourmis de l'une des espèces décident de se séparer de leur colonie principale et d'en établir une nouvelle (l'essaimage d'abeilles a à peu près la même nature). Ainsi, dès que les fourmis commencent à entrer en collision trop souvent dans le nid, le nombre de collisions atteint une valeur critique, un certain nombre de travailleurs "choisissent" l'héritière de la reine, la ramassent et se déplacent vers un nouvel endroit (tous les types d'insectes ne le font pas).
Les scientifiques pensent que le principe qui permet aux fourmis de déterminer le moment où il est nécessaire de se séparer de la colonie principale aidera à déterminer la fiabilité des prévisions météorologiques sur la base des données des capteurs et des capteurs d'une région spécifique. Par exemple, les capteurs qui échangent des informations entre eux peuvent transmettre un certain jeton, et le serveur central, en plus des informations d'observation météorologique, recevra des informations sur le nombre d'enregistrements de certaines conditions météorologiques à un certain endroit. Plus ces enregistrements sont nombreux, plus les prévisions météorologiques sont fiables sur la base des relevés.
Le modèle de comportement présenté ci-dessus pour les fourmis est également pertinent pour d'autres insectes sociaux, y compris les termites, les abeilles, les guêpes et autres. Une étude plus approfondie du comportement des insectes sociaux révélera d'autres «technologies» qu'ils utilisent. Certains d'entre eux pourraient bien être utiles aux humains. Mais en général, la nature a encore un grand nombre de secrets qui n'ont pas encore été révélés.