5月 17, 2022

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いくつかの簡単なルールは、浮遊するヒアリのいかだが時間の経過とともにどのように形を変えるかを決定します

いくつかの簡単なルールは、浮遊するヒアリのいかだが時間の経過とともにどのように形を変えるかを決定します

ズーム / 火蟻は蟻のいかだからバンプを形成します。

Vernerey Research Group / CU Boulder

ヒアリはグループ行動の聖書の例であり、個人として行動することができ、洪水に応じて一緒に浮かぶいかだを形成することもできます。 現在、コロラド大学ボルダー校の2人の機械エンジニアは、浮遊するヒアリのいかだがどのように収縮し、時間の経過とともにその形状を拡大するかを支配しているように見えるいくつかの簡単な規則を特定しました。 新しい紙 ジャーナルPLOSComputationalBiologyに掲載されました。 アリの行動の背後にある単純なルールをよりよく理解することで、ロボットの群れがどのように相互作用するかを制御するより優れたアルゴリズムを開発できることが期待されています。

それは精神的な強さや慎重な計画の問題ではありません。 「この行動は、本質的に、自発的に発生する可能性があります」と共著者のロバート・ワグナーは述べています。 「アリによる中心的な意思決定は必ずしも必要ありません。」 実際、「単一のアリは思ったほど賢くはありませんが、全体として、非常に賢くて回復力のあるコミュニティになります」 共著者のフランク・ファーネリーは次のように述べています。

私たちのように さっきも言った、いくつかの間隔の広いアリは、個々のアリとして動作します。 しかし、それらを十分に密に詰めると、単一のユニットのように動作し、固体と液体の特性を示します。 いかだや塔を作ることができ、急須から液体として注ぐこともできます。 ヒアリはアリの組織化にも優れています トラフィックの流れ

アリはそれ自体である程度の狂犬病(水をはじく能力)を持っており、これは プロパティが凝縮されています 一緒に束ねられるとき、彼らは防水布のように彼らの体を織ります。 彼らは卵を集め、巣のトンネルを通って水面に向かいます。洪水の水が上がると、平らないかだのような構造が形成され、各アリが物質内の個々の分子-たとえば、山の砂の中の砂の粒。

アリは100秒未満でこれを達成することができます。 さらに、アリのいかだは「自己回復」です。アリがあちこちで失われた場合でも、一度に数か月間でも、全体的な構造が安定して無傷のままであることができるほど十分に強力です。 要するに、アリのいかだは超個体です。

2019年、ジョージア工科大学の研究者 証明してください ヒアリは、さまざまな流体条件下でいかだに作用する力の変化を積極的に感知し、それに応じてその行動を適応させて、いかだを安定に保つことができます。 たとえば、せん断力を使用すると、アリが遠心力のみに遭遇したときよりもいかだの面積がはるかに小さくなりました。 後者のアリは、アリのいかだのどこに配置されていても経験しますが、境界にいるアリだけが最も強いせん断力を経験します。 科学者たちは、小さないかだはアリが境界にいるのを避けようとした結果であり、その過程で表面積が減少したと仮定しました。

ジョージア工科大学のDavidHoe BiokineticsLaboratoryの回転するヒアリのいかだは集団行動の一例です。
ズーム / ジョージア工科大学のDavidHoe BiokineticsLaboratoryの回転するヒアリのいかだは集団行動の一例です。

ハンタンコ

ジョージア工科大学のチームはまた、いかだに乗っているヒアリが、いかだが静止しているかどうかをさらに調査しており、通常は水平方向に広がっているが、垂直方向にも広がって、乾燥するための吊り枝を見つけることを期待して、一時的な塔のような構造を構築していることに気づきました。 地球。 アリのいかだが遠心力またはせん断力に反応して回転した場合、探索行動ははるかに少なくなります。

Vernerey and Wagnerの新しい研究は、 勉強 彼らは昨年出版した。 彼らは、真ん中に垂直のプラスチック棒が付いた水の入ったバケツにアリの大群を落とし、次の8時間にわたってアリのいかだ作りの行動を観察することによって実験を行いました。 アイデアは、いかだが時間の経過とともにどのように進化したかを観察することでした。 ポンツーンはその形状を維持していなかったことに注意してください。 時々、構造はアリの密な円に圧縮されます。 また、アリが広がり始めて橋のような延長を形成し、時にはそれらを使って囲いから逃げ出し、その行動が進化の利点をもたらす可能性があることを示唆しています。

デュオは、アリが「ミル」と呼んだプロセスを通じて、これらの形の変化をどのように達成するかに魅了されました。 フロートは主に2つの異なる層で構成されています。 最下層のアリは、いかだの安定した基盤を形成するため、構造的な目的を果たします。 しかし、上層のアリは、下層の兄弟に付着した体の上を自由に動きます。 アリは、ワーグナーが「パイ型の悪循環」と呼ぶサイクルで、最下層から最上層へ、または最上層から最下層へと移動することがあります。

エージェントベースモデルの概略図。
ズーム / エージェントベースモデルの概略図。

ワーグナー&ヴェルネリ、2022年

VernereyとWagnerは、このトレッドミルの動作がアリの意図的な決定なのか、それとも自発的に現れたのかを判断したいと考えていました。 そこで彼らは、水ノードのネットワークに限定された、個々のアリを表す2,000個の粒子(「因子」)で構成される一連の因子ベースのモデルを考案しました。1つのグループの働きアリ(シアンで表示)が構造コアネットワークを構成しました。働きアリは(赤で示されているように)自由にその上を移動できました。

アリは、他のアリとの衝突を避け、水に落ちないようにするなど、単純な一連の規則に従うようにプログラムされています(「エッジ堆積規則」)。 次に、シミュレーションを実行します。 そして、シミュレートされたアリは、実際のアリと非常によく似た動作をしました。

たとえば、アクティブな働きアリがいかだの端に到達して水と接触すると、近くのアクティブな働きアリによって強制されない限り、そして構造を支える十分なアリがいる場合にのみ、水中に移動することを避けます。 それをつかむために。 シミュレーションはまた、自発的に形成される橋のような突起を示し、研究者はこれらの形成をアリの相対的な活動と相関させることができました。 アリが活発であるほど、隆起が形成され始める可能性が高くなります。

「これらの拍車の先端にあるアリは、ほとんど端から水に押し出され、暴走効果を生み出します」とワグナーは言いました。 これらの露頭は、いかだに乗ったヒアリが環境を探索するために使用する手段である可能性があります。おそらく、木の幹や乾燥した土地を探します。

著者らは、「フェロモンなどの手がかり要因は除外されておらず、将来の実験的研究でテストする必要がありますが、このモデルは一般に、アリが中央制御や意図的な意図なしに歩行とライチョウの成長を達成できる局所的なメカニズムをもたらします」と結論付けました。 ただし、これは同種のモデルであり、トレッドミルの動作と拍車の出現を管理するルールのセットが複数ある可能性が高いことを認めています。これは、彼らの研究のもう1つの将来の焦点です。

DOI:PLOS計算生物学、2022年。 10.1371 / journal.pcbi.1009869 ((DOIについて)。

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