人工神经网络的发展旨在重建一种人工大脑。 所有神经元相互连接，彼此传递信号并相互依赖。 越多，网络将越复杂和发展。 今天，我们将关注的不是人工网络，而是自然界中可以观察到的网络，因为人类的许多技术正是从自然网络中借来的。 但是，可以与人脑或人工神经网络相比较呢？ 答案是非标准的-一群蜜蜂。 另外，蜜蜂对科学家的吸引力不及蜂群。 我们都知道蜂群为蜂巢的利益是多么顺利和有效。 每只蜜蜂执行一项特定的任务，而不是打扰其他人，而是通过蜂巢的一般机制（不停地工作）补充自身。 今天，我们将了解一项不寻常的研究，试图解释蜂群如何应对外部环境的危险以及个体在这种情况下的相互作用。 蜜蜂给穷人带来了什么危险，他们如何应对，这对人和科学意味着什么？ 我们将在报告中寻找答案。 走吧
学习基础
乍一看，这样的研究似乎有些愚蠢，因为从本质上讲，它是对“如果在蜂巢中戳一根棍子会发生什么？”这个问题的答案。 好吧，首先，这不值得做，因为蜜蜂是非常敏感的生物（而且很刺痛）。 其次，任何有生命的生物，就像任何设备一样，都按照某种算法工作。 在蜜蜂的情况下，该算法在整个群体中是通用的。 从数学，编程甚至力学的角度来看，蜜蜂是非常有趣的。 因此，我们不会夸大我们的怀疑态度，而让好奇心盛行。
蜜蜂在运动这项研究的主要特征是蜜蜂（Apis mellifera）蜜蜂（或简称为“欧洲蜜蜂”），这种蜜蜂可以将蜂箱悬挂在树枝上，并且大部分由蜜蜂组成。 坦白说，考虑到天气变化，天敌等因素，该建筑是可疑的。 但是，这样的荨麻疹可以长期存活。 问题出现了-如何？ 答案在于集体主义。 研究人员举了一个例子，一些蚂蚁互相附着在一起，形成了可以沿着水面移动的木筏。 诸如蜜蜂，白蚁或蚂蚁之类的活生物体是超生物体，即由许多生物体组成的生物体。 这可与乐高玩具零件媲美：一个零件什么都不是，但将它们连接到一个簇中，您将获得3803个零件的死亡之星。
然而，在这样的生物系统中，“越多越好”的原则是行不通的，因为不利条件下的人口过多会导致混乱，并因此导致整个殖民地的死亡。 蜜蜂通过从字面上殖民附近的树枝来扩展其殖民地。 由女王领导的一群蜜蜂从母亲的蜂巢移到一个新的地方，在那里它们形成了一个卫星蜂巢，蜂巢的数量可以达到10,000人。 在旧配置单元中，出现了一个新的皇后女王。 这再次向我们展示了作为许多工作单元的系统，蜂巢的光滑度。
让我们回到蜜蜂的蜜蜂身上。 科学家们说，人们对它们在搬迁过程中如何形成这种不寻常的蜂巢知之甚少，但对这种“建筑物”在动力作用方面的稳定性知之甚少。
图片编号1图片
1a显示了蜂群（成群）在蜂群（成群）的形状中的变化，通常看起来像倒锥（
1b ）。
这些蜜蜂的温度变化不是问题。 它们调节蜂群及其区域的密度，以保持女王居住的中心温度稳定。 如果周围环境温度升高（例如在夏天），则群体会膨胀，形成一些促进空气循环的凹槽。 在下雨的情况下，集群外部的蜜蜂会形成“屏障”，从而使水分简单地流失。
蜜蜂的这些能力是已知的，但是在动态暴露的情况下，它们如何保持簇的稳定性尚不完全清楚。 集群的破坏可能导致几乎整个群死亡。 科学家将对此进行调查。
准备实验
为了进行实验，准备了一个房间，在天花板下的木板上放置了一个女王皇后。 蜜蜂被释放到房间中并开始形成簇，图像
1c中显示了其过程。
板上装有一个小型电动机，能够以不同的频率（从0.5到5 Hz）和不同的重力加速度（从0到0.1 g）水平和垂直移动它。
实验设置的外观：A-水平移动，B-垂直。
对蜂巢的机械影响：A-频率稳定且加速度变化时，群集连续震颤； B-当加速度稳定且频率变化时，星团间歇性震颤； C-一次脑震荡。启用水平振动模式后，群集将开始像钟摆一样摆动，频率约为1 Hz。 但是几分钟后，蜜蜂适应了动态模式，并将簇的形状更改为更平坦的形状，而个体数与测试前相同。
水平摇群：形状整形测试完成后，蜜蜂将在30-120分钟内恢复簇的初始形状。 应该注意的是，恢复过程所花费的时间比形成“紧急”形式的过程要长得多。
对常数和间歇性脑震荡数据的分析表明，对常数的反应发生得较早。 断断续续的蜜蜂只有在几次震动后才开始重建集群。
图片编号2图表
2a是基于时间的函数（A（t）/ A（0），其中A（t）是测试后的面积，A（0）是测试前的面积）指示的群集区域变化。 线条的颜色对应于周期性电击的不同频率。
相邻的图（
2b ）显示了即使在群集持续震荡的情况下的变化。 在这里，我们可以注意到，在极低的加速度（0.01 g量级）下，群集不发生任何反应，这导致人们想到存在某个活动阈值。 如果动力学未达到此阈值，则蜜蜂不会将其视为危险，也不会开始以更稳定的形式重建群集。
2c是集群和个体的坐标系。
研究人员计算出了一个公式，该公式将在数学上代表每只蜜蜂对蜂巢的动态撞击过程中的运动过程。 这对于了解群集对恒定和不连续冲击的响应的差异是必要的（
2d ）。
在分析了蜜蜂的轨迹之后，科学家们注意到，在拉长的情况下，即在测试之前，簇顶部的蜜蜂与底部的蜜蜂之间的相对位移要大得多。 调查证实，在过渡到平坦状态时（即在测试期间和之后），群集的机械适应性可以平整群集的局部变形（法向变形和位移）。
在震颤的时刻，蜜蜂开始向蜂巢的底部移动，这是通过追踪个体来确定的（
2e ）。
个人向集群基础移动。该观察结果证实了这种行为的原因-变形感。 更准确地说，蜜蜂感觉到它与邻近的个体之间出现了间隙，这种间隙不应该如此。 这激怒了她为了加强蜂巢而搬到基地。 为什么要基地？ 蜂群可以以方案（2f）的形式表示，其中浅红色区域是负载最高的区域，而深色区域是负载最小的区域。 蜜蜂知道蜂巢中哪个部位的结构载荷最大，因此您需要移至该部位以加强该面积。
了解了蜜蜂行为的上述原理后，科学家们提出了一个新问题-蜜蜂响应的相对位移应该是多少？
首先，研究人员回忆说，一个悬置的柔性圆锥体的主要动态特性在左右移动以及通过弹簧上下移动时类似于摆锤。
上图显示了一个群集模型，其中每个蜜蜂都表示为一个球形物体，该球形物体受到三个力的影响：重力，相邻物体之间的吸引力以及防止一个物体穿透到另一个物体中的力。
数学模型揭示了一个有趣的事实-当簇变得拉长时，局部载荷的最大幅度会增加。 因此，正是这些负载成为了蜜蜂的信号。
计算机模拟中集群位移的演示 。
图片编号3：计算机模型。从仿真
3a可以看出，水平振荡期间的法向变形（应等于0）在基部精确增加。
图3b示出了在水平振荡期间的剪切变化。 在这里，我们看到这种变形不是很明显。 图表
3c显示了蜂巢从其原始位置开始位移时法向变形和剪切的变化。
如前所述，数学计算机模型中的每个球体都是单独的蜜蜂。 他实施了行为准则-移至负载开始增加到临界水平以上的区域。 结果，该模型显示了蜜蜂实况观察到的结果（
3d ）。
3e上的图形显示了基部的蜂巢区域以及朝其移动的蜜蜂的比例如何变化（对应于图形2e）。
图片编号4：垂直振动。在蜂巢垂直摇摆的实验过程中，加速度不超过0.05 g。 结果，观察到的偏差非常小。 可以在4a的图片中看到，其中30分钟内蜂巢的形状没有改变。
但是，随着重力加速度增加到0.1 g，团簇崩溃。 底线是在这种波动期间，蜂巢底部的负载变化不足以引起蜜蜂运动。 下面的视频显示，在振动过程中，簇的形状几乎保持不变。 当达到临界加速度水平时，配置单元就会崩溃。 影响蜜蜂的因素之一是它们没有足够的时间对蜂箱上已经很临界的负载做出反应的时间。
在测试过程中，垂直振动会破坏群集。研究人员的发现
不管频率或加速度如何，蜜蜂都会改变簇的形状，使其更稳定。 这看起来像是一个非常协调的工作，但是团队并没有从单一来源接收蜜蜂，而是完全独立地行动，尽管以单一方式。 它们动作的主要引擎是感知蜂巢结构局部变形的能力。 当这些变形达到临界水平时，蜜蜂会增强群集。 通过持续不断的冲击测试可以证实这一点。 蜜蜂不会以任何方式对加速度小于0.01 g的波动做出反应。
如果将集群垂直摇动，则会出现另一种情况。 蜜蜂将不会对变形做出反应，因为基座上的载荷不会超过允许的标准。
尽管如此，研究人员对他们的工作结果感到满意。 他们的工作有助于理解机械适应性原理。 根据他们的说法，在这个问题上，人为创造的设备不如蜜蜂。 首先，蜜蜂作为该机制（蜂巢）的单独部分，可以自行对威胁做出响应，而无需来自“中心”的命令。 结果，所有蜜蜂同时开始重建蜂巢，使其可以承受外部因素的破坏性影响。 在人类创造的系统中将这种行为作为算法来实现，将大大简化与自然的斗争，而斗争往往表现出其特性，破坏了建筑物和设备。
该研究的详细信息可在科学家的
报告及其
补充材料中找到。
结语
为自然界中的现代技术寻找灵感或想法并不足为奇。 一种或另一种方式的许多发明都以“如何重复昆虫，鱼类，鸟类等自然界所拥有的东西”这一问题开始。 这条路很复杂而且漫长。 有一次，一个男人看着天空，想要像鸟一样飞翔，并创造了翅膀。 没错，对于这些发烧友来说，第一次尝试可悲地结束了。 但是，看看我们现在所拥有的-巨大的飞机一次可以载满数百人穿越海洋。 但是，第一个梦想飞行的人也被告知他的想法是胡说八道。 因此，即使研究蜜蜂对动态效果的适应性，无论听起来多么奇怪，迟早都会在未来的技术中找到其实际应用。 也许这项研究与纳米技术相结合，将创造出一种可以在地震中重新结合的材料。 谁知道 无论如何，一个很好的好奇心和理解周围世界如何运作的愿望是非常伟大的。
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