Kolektivní inteligence mravenců roste s počtem

Mravenci patří mezi nejstudovanější hmyz – přitahují pozornost svou pracovitostí, organizovaností, ale také společenstvy, která svou složitostí připomínají lidské civilizace. V poslední době jejich jednoduché, ale velmi účinné chování inspiruje i vývoj umělých inteligencí (AI), konkrétně agentů, kteří umí spolupracovat. Vědci se teď podívali na to, jak složité problémy umí mravenci vyřešit, když je to nutné. Ukázalo se, že víc hlav víc ví.

V sérii složitých experimentů vystavili vědci mravence problémům a hádankám, které měly zjistit, jak dobře si s nimi tento hmyz poradí. Ukázalo se, že čím více mravenců problém řeší, tím náročnější úkol jsou schopní zvládnout – jako by kolektivní inteligence rostla s každým dalším mravencem.

„Inspirací pro naši studii bylo pozorování mravenců, jak v terénu spolupracují při přepravě velkých nákladů potravy do svého hnízda,“ nastínil hlavní autor studie, myrmekolog Ofer Feinerman z Weissmanova institutu.

„Když mravenci dorazí ke svému hnízdu, nevyhnutelně čelí výzvě – musí manévrovat s velkým, často nepravidelně tvarovaným nákladem přes úzký vchod. Tato přirozená geometrická hádanka nás inspirovala k tomu, abychom se pokusili zmapovat schopnosti mravenců při řešení hádanek a zjistit, jak se tyto schopnosti mohou měnit v závislosti na velikosti skupiny.“

Šílení černí mravenci

Feinerman a jeho kolegové experimentovali s mravenci druhu Paratrechina longicornis, kteří nemají české jméno, ale anglicky se jim říká „crazy black ants“, tedy šílení černí mravenci, kvůli jejich zdánlivě chaotickému, trhavému způsobu pohybu.

Vědci nejprve na 3D tiskárně vyrobili drobné předměty, přičemž přesně nastavili jejich hmotnost a vlastnosti. Následně nechali tyto předměty přes noc ležet v kočičím žrádle, aby začaly lákavě „vonět“. V podstatě tak mravence přiměli, aby tyto drobné artefakty sbírali a nesli je bludištěm směrem ke svému hnízdu.

„Stačilo umístit náklad a laserem vyřezané bludiště poblíž mravenčího hnízda a mravenci se postarali o zbytek, zatímco jsme je natáčeli,“ vysvětlil Feinerman. „Abychom otestovali různé velikosti skupin, vytvořili jsme zmenšené verze každého bludiště. Dbali jsme na to, aby hmotnost nákladu, normalizovaná podle počtu mravenců, zůstala napříč různými měřítky konstantní, takže jsme měřili koordinaci a spolupráci, a ne jen zvyšovali fyzickou náročnost úkolu. Protože se jedná o čistě geometrickou hádanku, její zmenšení nebo zvětšení nemělo žádný vliv na výpočetní náročnost řešení,“ doplnil.

Ukázalo se, že v množství je u mravenců síla nejen fyzická, ale i intelektuální. Biologové zjistili, že větší skupiny mravenců byly obvykle schopné řešit složitější hádanky než skupiny menší. Rozdíly mezi malými a velkými skupinami se ale projevily až tehdy, když se problém stal dostatečně složitým. To ukazuje, že tento hmyz pracuje velmi dobře s energií – nemrhá jí zbytečně, když stojí před dostatečně snadným úkolem, který by splnil bez větší „duševní“ námahy.

Jinými slovy, téměř všechny skupiny mravenců si vedly dobře při přímočarých úkolech, které od nich vyžadovaly přenášení malých břemen jednoduchým bludištěm. Když se ale stala bludiště složitějšími a břemena těžšími, větší skupiny se staly mnohem efektivnější než ty menší.

Simulace

Když vědci přemýšleli o tom, jak je to možné, nespolehli se jen na prosté úvahy – otestovali své hypotézy na počítačové simulaci. Definitivní vysvětlení zatím nemají, ale zajímavé bylo, že když autoři doplnili fyzikální modely vlastnostmi a strategiemi inspirovanými mravenci, zjistili, že simulace byly efektivnější. To podle autorů dále zdůrazňuje kolektivní inteligenci a přizpůsobivost mravenčích kolonií.

V budoucnu by nové poznatky, které Feinerman a jeho kolegové získali, mohly potenciálně inspirovat vývoj nových systémů umělé inteligence a rámců pro rojovou robotiku. Mezitím výzkumníci plánují pokračovat ve zkoumání komplexního skupinového chování mravenců, aby se dozvěděli více o jeho behaviorálních a neuronových základech.

„Snažíme se pochopit, jak mravenci ladí své chování, aby byli schopni řešit obrovskou škálu hádanek,“ dodal Feinerman. „Konkrétně chceme zjistit, jestli tato působivá vlastnost pochází z mozku jednotlivých mravenců, nebo z vlastností kolektivu, které zatím ještě úplně nechápeme.“

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Jak se svět blíží ke katastrofickým klimatickým jevům, rozebírá agentura AP

Agentura AP varuje v rozsáhlém textu před příliš optimistickým pohledem na katastrofální události současnosti i vykreslováním budoucnosti pozitivními scénáři.
před 1 hhodinou

V hlubinách ostravsko-karvinských dolů objevili geologové králíkit

V ostravsko-karvinských dolech objevili odborníci dosud neznámý minerál. Pojmenovali ho po českém geologovi Jiřímu Králíkovi, nese tak jméno králíkit. Minerál je natolik drobný, že ho nelze pozorovat ani běžným optickým mikroskopem, k jeho popisu proto museli využít několik specializovaných metod, uvedli zástupci olomoucké přírodovědecké fakulty, kteří se na výzkumu podíleli s odborníky z olomouckého vysokoškolského ústavu CATRIN, ostravské univerzity, ale i ze zahraničí.
před 3 hhodinami

Ruský dron řízený AI zabil tři civilisty. Brzo to bude jako ve filmu Terminátor, varují Ukrajinci

Američtí novináři popsali první případ, kdy umělá inteligence (AI) v dronu připravila o život lidi. Byli to tři ukrajinští civilisté, na které ruská zbraň vybavená pokročilým algoritmem zaútočila v Záporoží.
před 4 hhodinami

Osm miliard let na cestě. Dalekohledy zachytily záblesk vzdálené galaxie

Dalekohledy LST-1 a MAGIC na Kanárských ostrovech zachytily záření, které letělo vesmírem déle, než existuje Slunce a Země. Vyslalo ho aktivní galaktické jádro poháněné obří černou dírou, popsali čeští vědci, kteří se na objevu podíleli.
před 5 hhodinami

Záhadná nemoc zabíjí keňské slony, zvířata trpí ochrnutím

Nejméně devatenáct slonů uhynulo od června v jižní Keni na záhadné onemocnění, jehož příčinu se dosud nepodařilo zjistit. Zvířata trpí mimo jiné částečným ochrnutím a mají potíže se postavit. Keňská služba pro ochranu přírody (KWS) původně upozornila na vysoké koncentrace kyanidu v tělech uhynulých slonů a možnost otravy pesticidy, někteří odborníci ale tuto teorii zpochybňují. Informovala o tom agentura AFP.
před 6 hhodinami

Invazní sršeň asijskou zaznamenali na Mělnicku. Hnízdo se zatím nenašlo

V Liběchově na Mělnicku se v červenci a počátkem srpna opakovaně objevil jeden jedinec sršně asijské. Jde o invazní druh, který představuje významné riziko především pro včelstva a volně žijící hmyz. Pátrání po dalších jedincích nebo hnízdě bylo zatím neúspěšné. Není jasné, jestli se v okolí Liběchova vyskytuje hnízdo, anebo jde o dovezeného osamoceného jedince. Agentura ochrany přírody a krajiny (AOPK) ČR prosí veřejnost o pomoc s hlášením výskytů tohoto druhu.
včera v 16:32

„Pluto je mrtvé,“ zaznělo před dvaceti lety v Praze. Osudnou se mu stala Xena

Pluto už není planetou dvacet let. Rozhodli o tom vědci na kongresu, který se konal v Praze a přinesl přesvědčivé argumenty pro jeho vyřazení a současně vytvoření zcela nové kategorie vesmírných těles.
včera v 16:31

Obří gigantopithekové byli podobnější lidem, než se myslelo

Moderní věda toho zjistila v posledních letech o pravěkých předcích člověka už tolik, že to bourá konstrukce jejich řazení. Vlivný vědecký časopis navrhuje, že by se měly kategorie přestavět – a mohlo by se to týkat i záhadných obřích gigantopitheků.
včera v 15:02

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.