21 دسامبر 2022 -توسط لیا باروز، دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson
اعتبار: Unsplash/CC0 دامنه عمومی
مورچه‌ها موجودات نسبتاً ساده‌ای هستند و در عین حال کلنی مورچه‌ها می‌توانند کارهای بسیار پیچیده‌ای مانند ساخت‌وساز پیچیده، جستجوی غذا و دفاع را انجام دهند.اخیراً، محققان هاروارد از مورچه‌ها الهام گرفتند تا تیمی از روبات‌های نسبتاً ساده را طراحی کنند که می‌توانند به طور جمعی برای انجام کارهای پیچیده تنها با استفاده از چند پارامتر اساسی کار کنند.
این تحقیق در eLife منتشر شد.
L Mahadevan، پروفسور Lola England de Valpine در ریاضیات کاربردی، زیست شناسی ارگانیسمی و تکاملی، و فیزیک، و نویسنده ارشد مقاله گفت: «این پروژه با علاقه به درک پویایی جمعی حشرات اجتماعی مانند موریانه ها و زنبورها، به ویژه اینکه چگونه این حشرات می توانند محیط را برای ایجاد معماری های کاربردی پیچیده دستکاری کنند ادامه یافت.
تیم تحقیقاتی با مطالعه این که چگونه مورچه های نجار سیاه با هم کار می کنند تا از یک حیاط نرم بیرون بیایند و از آن فرار کنند، شروع کردند.
اس گانگا پراسات، دانشجوی فوق‌دکتری در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان آ. پاولسون، یکی از نویسندگان اصلی مقاله می‌گوید: «در ابتدا، مورچه‌های داخل اتاقک به‌طور تصادفی حرکت می‌کردند و از طریق آنتن‌های خود ارتباط برقرار می‌کردند، قبل از اینکه شروع به کار با هم برای فرار از دالان کنند.
مورچه ها عمدتاً برای تعامل با محیط و سایر مورچه ها به آنتن های خود متکی هستند، فرآیندی که آنتناسیون نامیده می شود. محققان مشاهده کردند که مورچه ها به طور خود به خود در اطراف مناطقی که بیشتر با هم تعامل دارند جمع می شوند. هنگامی که چند مورچه شروع به تونل زدن به داخل اتاقک کردند، دیگران به سرعت به آن ملحق شدند. با گذشت زمان، حفاری در یکی از این مکان‌ها سریع‌تر از سایر مکان‌ها انجام شد و مورچه‌ها در نهایت تونل از اتاقک بیرون زدند.
از این مشاهدات، مهادوان و تیمش دو پارامتر مرتبط را برای درک وظیفه حفاری مورچه ها شناسایی کردند. قدرت همکاری جمعی و میزان حفاری. شبیه‌سازی‌های عددی مدل‌های ریاضی که این پارامترها را رمزگذاری می‌کنند نشان داد که مورچه‌ها تنها زمانی می‌توانند با موفقیت حفاری کنند که به اندازه کافی قوی با یکدیگر همکاری کنند و همزمان حفاری مؤثری انجام دهند.
محققان با توجه به این درک و تکیه بر مدل‌ها، مورچه‌های روباتیکی را ساختند که RANT نامیده می‌شدند تا ببینند که آیا می‌توانند با هم برای فرار از یک محل مشابه کار کنند. به جای فرمون های شیمیایی، ربات ها از “فوتورمون ها” استفاده کردند، میدان های نوری که توسط رنت های سرگردان که میدان های فرمونی یا آنتن دهی را تقلید می کنند، باقی می مانند.
رنت‌ها فقط از طریق قوانین محلی ساده برنامه‌ریزی شدند: برای پیروی از گرادیان میدان فتورومون، از روبات‌های دیگری که چگالی فتورومون بالا بود اجتناب کنید و موانعی را که چگالی فتورومون بالا بود بردارید و در جایی که فتورومون کم بود رها کنید. این سه قانون به رنت‌ها اجازه می‌دهد تا به سرعت از حبس خود فرار کنند و به همان اندازه مهم، به محققان این امکان را می‌دهد تا مناطق رفتاری را که به سختی با مورچه‌های واقعی شناسایی می‌شوند، کشف کنند.
او گفت : ما نشان دادیم که چگونه تکمیل مشارکتی وظایف می تواند از قوانین ساده ناشی شود و از این قبیل قوانین رفتاری می توان برای حل مشکلات پیچیده دیگر مانند ساخت و ساز، جستجو و نجات و دفاع استفاده کرد.
این رویکرد بسیار منعطف است و در برابر خطاها در سنجش و کنترل مقاوم است. می‌توان آن را بزرگ‌تر کرد و برای تیم‌هایی متشکل از ده‌ها یا صدها ربات با استفاده از طیف وسیعی از انواع مختلف زمینه‌های ارتباطی اعمال کرد. همچنین نسبت به سایر روش‌ها برای حل مشکلات مشترک انعطاف‌پذیرتر است – حتی اگر چند واحد روباتیک منفرد شکست بخورند، بقیه اعضای تیم می‌توانند کار را کامل کنند.
“کار ما، ترکیب آزمایش‌های آزمایشگاهی، تئوری و تقلید رباتیک، نقش یک محیط انعطاف‌پذیر را به عنوان یک کانال ارتباطی برجسته می‌کند، که در آن سیگنال‌های خودتقویت‌کننده منجر به ظهور همکاری و در نتیجه حل مشکلات پیچیده می‌شود. حتی بدون نمایش جهانی، برنامه‌ریزی یا بهینه‌سازی، تعامل بین قوانین ساده محلی در سطح فردی و فیزیک مجسم شده جمع منجر به رفتار هوشمندانه می‌شود و بنابراین احتمالاً به طور گسترده‌تری مرتبط است.»
