Várias tecnologias que usamos agora foram "inventadas" e implementadas pela seleção natural e outros mecanismos evolutivos milhões de anos atrás. Por exemplo, navegação ultrassônica (morcegos), sonares (baleias), armas de choque (enguias elétricas) etc. Como se viu, a natureza, milhões de anos atrás, também desenvolveu algoritmos segundo os quais o protocolo de rede TCP / IP, já criado por humanos, funciona. Os métodos de busca de alimentos para formigas são consistentes com esses algoritmos.
Em quase todas as colônias de formigas, a maioria das espécies de formigas tem forrageiras - indivíduos que entregam comida. À primeira vista, as forrageiras correm aleatoriamente ao redor do ninho, algumas mais longe, outras mais próximas, e não há sentido particular em suas atividades. Mas isso é apenas à primeira vista. Apesar da aparente aleatoriedade de seu comportamento, ele obedece a certas leis.
O caso mais marcante é o comportamento de forrageadores de formigas da espécie Pogonomyrmex barbatus. Eles quase nunca retornam à colônia sem presas - comida. A frequência e o número de ataques alimentares depende da frequência e do número de forrageiras que retornam à colônia.
Muitos padrões comportamentais de formigas permanecem inalterados há muitos milhões de anos; portanto, pode-se dizer que foram esses insetos que inventaram os princípios básicos do TCP / IP milhões de anos atrás. Segundo o pesquisador
Balaji Prabhakar , há muito tempo as formigas aprendiam sobre funções como o início lento da transmissão e a interrupção da transmissão como resultado de uma falha na comunicação (tempo limite). Quanto ao primeiro caso, ao enviar um grande número de forrageiras (pacotes), a transmissão continua, mas em grandes intervalos.
Se não houver formigas retornando com alimentos (não há confirmação de entrega da embalagem), a transmissão é interrompida por um certo tempo. No caso deste tipo de formigas, o atraso é de cerca de 20 minutos. Se nenhuma formiga retornar durante esse período, os novos forrageadores não vão a lugar algum, o ninho fica em modo de espera. Assim que
aparecer pelo menos um forrageiro com comida , a expedição dos fornecedores de entrega de comida é retomada.
Otimização de rota: feedback positivo e negativo
Saindo do ninho, o forrageador se move ao longo de uma trajetória arbitrária. Ele deixa um rastro odorífero (para outras formigas) com a ajuda de feromônios. A formiga retorna ao longo de seu próprio caminho, e a trajetória pode ser um pouco diferente (por exemplo, voltando com a carga, ele é forçado a contornar obstáculos que acabou de conquistar levemente, como um pico de montanha).
Se o forrageiro retornar com a carga, as outras formigas “entendem” que ainda há comida onde o batedor acabou de visitar. Inicialmente, outras formigas se movem ao longo dos "caminhos" originais, mas acabam estabelecendo uma nova rota mais curta. O fato é que mais formigas conseguem percorrer o caminho curto por unidade de tempo do que o longo, o que significa que o traço de feromônio do caminho curto aumentará após algum tempo, mas a trilha do caminho longo, pelo contrário, enfraquecerá. No final, a rota mais curta permanecerá e as rotas longas desaparecerão devido à evaporação dos feromônios. Há uma nuance interessante - se os feromônios não evaporassem, ou se evaporassem mais lentamente do que na realidade, as formigas não seriam capazes de fazer um caminho curto.
Formiga Ceifeira (Pogonomyrmex barbatus)E assim, como o sistema é baseado em feedback positivo (quando outros indivíduos tornam o caminho dos feromônios mais "perceptíveis) e feedback negativo (os feromônios evaporam, o caminho se torna menos visível para outros indivíduos), a trajetória das formigas se auto-organiza e, finalmente, eles comece a se mover pelo caminho mais curto.
Formigas e robôs
Este ano, tornou-se conhecido outro estudo sobre colônias de formigas, cujos resultados foram utilizados em robótica. O fato é que os cientistas há muito se surpreendem com a capacidade dos insetos de evitar engarrafamentos ao cavar movimentos. Todos eles de alguma forma se organizam, as formigas passam o resto dos indivíduos com uma carga.
Em um novo experimento,
especialistas examinaram o comportamento de 30 formigas da espécie Solenopsis invicta. No processo de criação do ninho, eles carregaram a carga (partículas do solo). A princípio, os engarrafamentos apareceram nos túneis, mas com o tempo as formigas aprenderam a esperar até a passagem ficar clara e depois carregavam sua carga sem problemas.
Os cientistas estudaram o algoritmo de comportamento das formigas e usaram esse algoritmo para treinar pequenos robôs. Os mecanismos foram treinados para transportar a carga em um modelo de formiga, e os robôs começaram a funcionar sem problemas e sem problemas. Os robôs aprenderam a deixar seus irmãos passarem com carga e seguir a rota pretendida sem colisões e atrasos especiais. Segundo os autores do estudo, os algoritmos obtidos podem ser úteis para logística, robomobiles e também para a construção de modelos para redução de engarrafamentos. Anteriormente, apenas modelos estatísticos eram usados, mas agora é bem possível usar os mecanismos que as formigas usam.
IoT e divisão de formigas de uma colônia
Outro experimento, conduzido há vários anos,
ajudou a entender por que as formigas de uma espécie decidem se separar de sua colônia principal e estabelecer uma nova (o enxame de abelhas é aproximadamente da mesma natureza). Assim, assim que as formigas começam a colidir com muita frequência no ninho, o número de colisões atinge um valor crítico, vários trabalhadores "escolhem" a herdeira da rainha, a escolhem e se mudam para um novo local (nem todos os tipos desses insetos fazem isso).
Os cientistas acreditam que o princípio que permite às formigas determinar o tempo em que é necessário separar-se da colônia principal ajudará a determinar a confiabilidade das previsões meteorológicas com base em dados de sensores e sensores de uma região específica. Por exemplo, sensores que trocam informações entre si podem transmitir um determinado token e o servidor central, além das informações de observação meteorológica, receberá informações sobre o número de registros de determinadas condições climáticas em um determinado local. Quanto mais registros, mais confiável é a previsão do tempo com base nas leituras.
O modelo de comportamento apresentado acima para formigas também é relevante para outros insetos sociais, incluindo cupins, abelhas, vespas e outros. Um estudo mais aprofundado do comportamento dos insetos sociais revelará outras "tecnologias" que eles usam. Alguns deles podem muito bem ser úteis para os seres humanos. Mas, em geral, a natureza ainda tem um grande número de segredos que ainda precisam ser revelados.