نوشته پسخ بنسون • ۱۵ آوریل ۲۰۲۶
اورشلیم، ۱۵ آوریل ۲۰۲۶ (TPS-IL) – دانشمندان اسرائیلی بینشهای جدیدی در مورد چگونگی هماهنگی کلونیهای مورچه بافنده در ساختوساز در مقیاس بزرگ کشف کردهاند و نشان میدهند که تواناییهای چشمگیر آنها در ساخت لانه ممکن است پیامدهایی در رباتیک، مهندسی و طراحی سیستمهای پیچیده داشته باشد.
در جنگلهای بارانی شمال استرالیا، مورچههای بافنده به جای زیر زمین، لانههایی را در بالای درختان میسازند و برگهای زنده را به هم میکشند تا سازههای کروی توخالی ایجاد کنند و آنها را با استفاده از ابریشم تولید شده توسط لاروهایشان بدوزند. مورچههای منفرد بدن خود را به زنجیرهایی متصل میکنند که به عنوان ابزارهای موقت عمل میکنند و به کلونی اجازه میدهند تا محیط خود را از طریق نیروی هماهنگ تغییر دهد.
کار مورچهها ناشی از قوانین ساده محلی، محدودیتهای فیزیکی و رفتار جمعی بسیار ساختاریافته است، نه برنامهریزی متمرکز. برای مطالعه دقیق این فرآیند، پروفسور عوفر فاینرمن و دکتر اهود پونیو از مؤسسه علوم وایزمن به تاونسویل در شمال استرالیا سفر کردند و کلونیهای کاملی را برای مشاهده آزمایشگاهی جمعآوری کردند.
فاینرمن گفت: «هر کلونی مورچه بافنده در جنگل بارانی میتواند در دهها لانه و چندین نوک درخت در ارتفاع دهها متری گسترش یابد. اما فقط یک ملکه وجود دارد... پیدا کردن او به چالش کشیدن پیدا کردن یک ساکن در کل تلآویو است.» محققان برای امکانپذیر ساختن مشاهده، بر کلونیهای کوچکتر در درختان جوان تمرکز کردند.
یافتهها که در مجله علمی Current Biology منتشر شده است، به توضیح چگونگی توانایی جوامع حشرات در حل قابل اعتماد مسائل پیچیده مهندسی بدون «هوش» فردی در سطحی که به طور سنتی با چنین وظایفی مرتبط است، کمک میکند.
کار میدانی دشوار بود. مورچههای بافنده به شدت از خود دفاع میکنند، گاز میگیرند و اسید ترشح میکنند که نیازمند لباسهای محافظ است. در برخی موارد، ساکنان محلی محققان را با تیمهای کنترل آفات اشتباه میگرفتند. در یک مقطع، یک کلونی حتی در حین حمل و نقل فرار کرد و تیم را مجبور کرد تلاشهای جمعآوری خود را از سر بگیرد.
در آزمایشگاه، تیم یک محیط کنترل شده مجهز به ۵۲ دوربین 4K همگامسازی شده ساخت و شاخهای با چهار برگ مصنوعی را شبیهسازی کرد. این امر به آنها اجازه داد تا صدها مورچه را در حال ساخت لانه تحت شرایط هندسی که به دقت تغییر داده شده بود، مشاهده کنند.
یکی از یافتههای کلیدی این است که مورچهها به طور مداوم دو «ابزار زنده» متمایز را به کار میگیرند. زنجیرههای مورچه به عنوان «زیپ» عمل میکنند و برگها را به تدریج به هم میکشند، در حالی که زنجیرههای آویزان به عنوان «وزنهها» عمل میکنند که برگها را در موقعیت خود خم میکنند. اینها سازههای تصادفی نیستند، بلکه سازههای کاربردی تکرارپذیری هستند که در طول ساختوساز ظاهر میشوند و نقشهای مکانیکی خاصی را ایفا میکنند.
با این حال، مهمترین نتیجه، وجود این ابزارها نیست، بلکه نحوه هماهنگی آنها است.
هنگامی که محققان زاویه برگها را تغییر دادند تا شرایطی ایجاد کنند که تشکیل لانه بتواند در چندین جهت پیش برود، انتظار سردرگمی یا نتایج ناسازگار را داشتند. در عوض، مورچهها به طور مداوم با پیروی از یک توالی ساده از درگیری اجتناب کردند: آنها ابتدا یک اتصال پایدار را تکمیل میکنند و تنها پس از آن ساختوساز را به برگهای اضافی گسترش میدهند. این نظم مرحلهای از تشکیل نیروهای رقیب جلوگیری میکند و کل سیستم را در یک جهت ساختوساز جهانی قفل میکند.
به گفته دانشمندان، این رفتار نشان میدهد که آنچه به نظر میرسد «تصمیمگیری» پیچیدهای باشد، در واقع یک قانون هماهنگی نوظهور است که از بیثباتی در نقاط انتقال بحرانی جلوگیری میکند. مورچهها هندسه را از قبل حل نمیکنند؛ بلکه سیستم از طریق تعاملات محلی که به طور طبیعی پیکربندیهای متناقض را حذف میکنند، خود را تثبیت میکند.
یکی دیگر از پیامدهای مهم این است که بخش زیادی از ساختار نهایی ممکن است کمتر تحت تأثیر انتخاب رفتاری و بیشتر تحت تأثیر خود فیزیک شکل بگیرد. از آنجایی که برگها شکل بیضوی دارند، اتصال لبههای آنها به طور طبیعی شکلی کروی بسته ایجاد میکند. به این معنا، مورچهها در محدودیتهای هندسی قوی عمل میکنند که نتیجه را به سمت یک ساختار پایدار و صلب، صرف نظر از قصد در سطح بالاتر، هدایت میکند.
در مجموع، این یافتهها راهی متفاوت برای درک هوش جمعی را نشان میدهند. به نظر نمیرسد کلونی به برنامهریزی متمرکز یا مدلهای داخلی پیچیده متکی باشد. در عوض، نتایج پایدار از تعامل قوانین رفتاری ساده، هماهنگی متوالی و محدودیتهای فیزیکی در محیط حاصل میشود.
این یافتهها یک طرح بالقوه برای سیستمهای غیرمتمرکز، به ویژه در رباتیک ازدحامی و مهندسی توزیع شده ارائه میدهند. این مطالعه با نشان دادن چگونگی هماهنگی مورچهها در ساختوساز پیچیده از طریق قوانین محلی ساده و نظم عملیاتی مشخص، راههایی را برای مونتاژ سازهها توسط ازدحام رباتها بدون کنترل متمرکز نشان میدهد. استراتژی «قفلگذاری متوالی» مورچهها - تکمیل یک اتصال قبل از اتصالات دیگر - میتواند به جلوگیری از درگیری در سیستمهایی که در آنها عوامل زیادی به طور همزمان عمل میکنند، کمک کند و پایداری را در رباتیک، شبکهها و لجستیک بهبود بخشد.
این مطالعه همچنین بر ارزش استفاده از محدودیتهای فیزیکی به عنوان بخشی از راهحل تأکید میکند. از آنجایی که مورچهها برای تولید لانههای کروی و مستحکم به هندسه برگها متکی هستند، این نشان میدهد که مهندسان میتوانند مواد و محیطهایی را طراحی کنند که فیزیک بخش زیادی از کار را انجام دهد. این رویکرد میتواند الهامبخش رباتیک نرم، ساختوساز سبک و مواد تطبیقی باشد، جایی که ساختار و پایداری به جای برنامهریزی دقیق، از فرم و نیروها حاصل میشود.
فاینرمن گفت: «این روزها ما سعی میکنیم چیدمان برگها را برای به چالش کشیدن مورچهها تغییر دهیم. با این حال، کلونی بارها و بارها در حل مسائل پیچیده موفق میشود... که نشاندهنده تواناییهای شناختی بسیار توسعه یافتهای است که در رفتار اجتماعی رمزگذاری شده است.»
موضوعات مرتبط
