www.8050.com www.8065.com www.8115.com
224466

蚂蚁告诉我们团队七分“懒”,效率才更高

  电影《蚁人2》正在上映,除了可以随意“变大变小”的神操作外,蚂蚁们团队协作、组团操控实验室,也是十分的精彩。

  在人类世界里,蚂蚁这种群居生物,是依靠团队协作发挥出大效果而出名的。很多团队都会号召大家学习蚂蚁的团队精神,以小博大。

  然而,真相不是这样。

  事实上,不是每一只蚂蚁都会埋头苦干,只有一小部分蚂蚁做了大部分的工作,而其他的呢?在一旁偷懒。

  8月17日发表在《科学》(Science)杂志上的一项研究表明:蚂蚁在工作中的“偷懒行为”,可能更利于完成挖掘工作。

  研究人员发现:蚂蚁在挖掘筑巢时,70%的挖洞工作都由30%的蚂蚁承担,剩下70%的蚂蚁则看起来无所事事。但正是采用了这种“三七懒人定律”,蚂蚁们不仅打洞速度变快了,工作中出现拥堵的可能性也降低了。

  这一研究可能刷新了人类的新认知:要完成某项任务,并不一定是投入的人越多越好,让一部分人“闲”下来,工作反而能更顺畅、更高效地进行。

  蚂蚁“三七定律”

  能更高效地完成工作

  科学家们选择了攻击性很强的火蚁,进行试验。

  研究人员在一个封闭容器中,放入150只火蚁。结果人们发现:无论什么时候,都只有10到15只火蚁在隧道里挖洞。

  这一“不平等”的工作环境,引发了科学家的好奇,他们想知道其中是否包含了某些物理学原理。

  实验中,研究人员还取了30只蚂蚁为一组,给每只做上标记,www.2844.com,方便识别,监控它们在巢穴内的活动。

  结果发现,只有30%的蚂蚁做了全部工作,而剩下的蚂蚁大多是不活跃的。

  难道是因为能者多劳,最忙碌的蚂蚁最优秀?

  为了验证这一想法,研究人员从蚁穴中取出了5只最努力工作的蚂蚁,让剩下的25只继续工作。而结果是,它们的工作效率并没有下降。原来不干活的火蚁中,有相当一部分站出来,顶替空缺的“劳动力”,保证工作效率。

  这说明,蚂蚁团队中,并不是30%勤快,70%懒。而是它们意识到,工作时一拥而上可能会造成拥堵,效率不升反降。所以在工作时,蚂蚁们遵循着“三七定律”,选择让30%的蚂蚁担起工作的任务,70%故意闲在那里。

  研究团队后来用计算机来模拟这群蚂蚁的工作。最后证实了,蚂蚁确实是凭借这种“选择性懒惰”,避免工作中的拥堵,提高打洞速度。

  就像厨房里的厨师太多,会互相妨碍一样,在狭窄的空间(如隧道)里,蚂蚁独特的工作方式,可以使它们在复杂的环境中更好地合作,避免阻碍。

  地震救援、太空探索

  用蚂蚁行为协调机器人干活

  主导这项研究的丹尼尔·戈德曼教授,来自佐治亚理工学院,并不是生物学家,专攻物理学和机器人学。

  这一研究的目的不在于蚂蚁本身,而是想要从蚂蚁身上获得设计机器人的灵感。

  戈德曼谈到:“高速公路上,车流量太少和交通拥堵间,存在一个最优的中间水平,称为基本图。”

  “从计算机模型中,我们了解到蚂蚁工作时正处于这个基本图的最顶端。不平等的工作分配和撤退行为的正确组合,有利于保证它们在不阻塞的情况下,实现最大限度的移动。”

  在对蚂蚁进行研究之后,该团队设计了模拟蚂蚁行为的机器人,可以模拟一些有利于整体工作开展的基本方法。

  比如,在地震救援中,需要有大量机器人进入被毁坏的建筑,去寻找幸存者。这时就可以安排给这些机器人不均等的工作量,让机器人们更和谐、高效地开展工作。

  这项研究对太空探索,也大有裨益。譬如在充满沙尘暴等其他威胁的火星表面探索时,就需要快速挖掘隧道,来为探索的机械设备或人类提供紧急庇护。

  未来,戈德曼教授还想研究蚂蚁是怎么做出最有效率的策略的,希望从中得到让机器人做出最佳策略的灵感。

  找路、协作、抬重物

  服务人类的蚂蚁机器人

  除了戈德曼教授的研究团队,全球范围内也有不少团队通过研究蚂蚁,研制出了不同用途的机器人。

  比如,蚂蚁在道路选择上浪费的精力很少,当它们抵达三岔路口时能够做出准确的心智判断,从几何学角度选择最佳行进路径。

  同时,蚂蚁使用一种叫做“信息素”的化学标记物质,来标识路径。在此发现的基础上,科学家设计了蚂蚁机器人——“爱丽丝”。

  “爱丽丝”能够很快地发现并建立最快的迷宫路径,在道路岔口不假思索地做出选择。

  2015年,德国自动化公司FESTO发布了BionicANT仿生蚂蚁机器人。这款机器人外形酷似蚂蚁,体长13.5厘米,重105克,配件由3D打印技术制造。

  这款机器人模拟蚂蚁在自然环境下的合作行为,遵循简单的规则设定,能够自主进行操作,还能相互沟通,协调行动动作和运动方向,共同完成大规模的复杂任务。

  2016年,美国斯坦福大学的uBots团队设计的仿生机器人,虽然只有15克,但脚部模拟蚂蚁,在支撑大重量的情况下依旧容易抬起。该团队用6只这样的机器人,拖动了一辆足有3900磅(约1769公斤)的汽车。

  或许在某一天,电影中的场景会变成真实,蚂蚁会服务我们的日常生活,满足你的超级英雄梦。