Ученые из Института Вейцмана (Израиль) выяснили, как размеры коллектива муравьев влияют на их способность решать сложные пространственные задачи. В ходе экспериментов биологи доказали, что крупные группы насекомых справляются с запутанными лабиринтами намного эффективнее небольших отрядов. Результаты исследования опубликовали в научном журнале Journal of the Royal Society Interface.

Как проходил эксперимент

Идея научного эксперимента возникла у руководителя группы Офера Фейнермана во время наблюдений за тем, как насекомые затаскивают добычу в узкий вход своего подземного дома. Биологи решили воссоздать эту природную геометрическую задачу в контролируемых условиях. С помощью трехмерной печати они создали детализированные пластиковые объекты разной формы и вырезали лазером небольшие лабиринты.

Чтобы заставить муравьев-жнецов протаскивать грузы через препятствия, исследователи на ночь замачивали напечатанные детали в кошачьем корме. Запах пищи привлекал насекомых, и они сразу начинали совместную транспортировку предмета к родному гнезду. Ученые создали несколько масштабированных копий лабиринта и точно рассчитали вес каждого элемента с учетом количества участников рабочей группы.

Разница между простыми и сложными задачами

Эксперименты показали, что мелкие и крупные группы насекомых одинаково легко справляются с простыми маршрутами. Почти любой коллектив быстро находил прямой выход и протаскивал небольшой предмет. Однако при существенном усложнении схемы проходов и увеличении массы груза небольшие группы муравьев быстро заходили в тупик и прекращали движение.

В то же время многочисленные отряды сохраняли высокую координацию и находили верное направление даже в самых закрученных коридорах. Масштабирование геометрической головоломки не усложняло задачу физически, но требовало от участников более точного взаимодействия. Крупные группы легко адаптировались к меняющимся условиям и успешно доводили работу до финиша.

Поиск универсальных правил

Для анализа полученных данных исследователи провели серию компьютерных симуляций. Сначала авторы работы попытались воспроизвести действия муравьев с помощью обычных законов физики и гравитации. Программа смогла повторить результат насекомых только после того, как программисты добавили в алгоритм специфические стратегии коллективного поведения. 

Авторы исследования подчеркивают, что коллективные действия насекомых не требуют от отдельной особи высокой сообразительности. Каждая отдельная особь действует по простым алгоритмам, но их объединение дает мощный суммарный результат. Полученные результаты планируют использовать при разработке продвинутых систем искусственного интеллекта и робототехники.