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

Mnohým AI chybí dostatečná opatření při dotazech vztažených k terorismu, varuje zpráva

Mnoho modelů umělé inteligence (AI) nemá dostatečné bezpečnostní mechanismy proti žádostem o „pomoc při teroristické operaci“, uvádí iniciativa Tech Against Terrorism v páteční zprávě.
před 3 hhodinami

Za padesát let zmizely tři čtvrtiny volně žijících obratlovců

Populace volně žijících obratlovců klesly v letech 1970 až 2022 v průměru o 73 procent. Největšími hrozbami pro tyto živočichy jsou ztráta a degradace stanovišť, nadměrné využívání přírodních zdrojů, klimatická změna, znečištění, invazní druhy nebo nemoci. Nejhůře jsou na tom sladkovodní populace živočichů, které poklesly průměrně o 85 procent. Vyplývá to ze Zprávy o stavu planety 2026 (Living Planet Report).
před 6 hhodinami

Emise skleníkových plynů za poslední dekádu měly dopad na sílu veder v Evropě, ukazuje studie

Když Evropu zasáhne mimořádná vlna veder, dokážou klimatologové poměrně dobře stanovit, jakou roli v ní sehrála člověkem způsobená změna klimatu. Nedávno publikovaná studie si ale klade mnohem složitější otázku – dá se v konkrétní vlně veder rozeznat vliv části skleníkových plynů, konkrétně těch, které lidstvo vypustilo teprve během posledních deseti let?
před 9 hhodinami

AI vyřešila stovky matematických problémů, tvrdí OpenAI. Vědci protestují

Společnost OpenAI zaměřená na výzkum a vývoj umělé inteligence (AI) zveřejnila rozsáhlou sbírku matematických výpočtů, které vytvořil její nový interní model. Podle deníku The New York Times (NYT) výsledky na jednu stranu odhalují, čeho jsou nejpokročilejší modely AI schopny, ale vyvolávají i otázku, do jaké míry se výsledky opírají o práci skutečných matematiků. Překotný vývoj AI také vyvolává obavy, že firmy technologii vyvíjejí rychleji, než se změně dokáže přizpůsobit akademické prostředí.
včera v 17:30‌‌

Rakovina dutiny ústní zabije ročně stovky Čechů. Člověk ji může odhalit sám, radí stomatolog

Stovky lidí ročně zbytečně zemřou na rakovinu dutiny ústní, hlavně proto, že se s touto diagnózou dostanou k lékaři pozdě. Ve skutečnosti mohou ale hodně udělat sami, tento nádor se dá totiž odhalit i pomocí samovyšetření. Včasný záchyt je pro toto zhoubné onemocnění klíčový, říká v rozhovoru pro ČT24 přednosta Stomatologické kliniky FN Plzeň Lukáš Hauer.
včera v 16:26‌‌

Větrné elektrárny mohou ochlazovat mořskou hladinu, ukázal výzkum

Spočítat dopady větrných elektráren na okolí není úplně snadné – zejména na moři, kde existuje spousta nejrůznějších vlivů, jejichž dopady komplikují vyhodnocení. Teď přišli s kvalifikovanými odhady experti ze Skotska.
včera v 13:12‌‌

Zemřela Margaret Hamiltonová, která vyvíjela programy pro NASA

Ve věku devadesáti let zemřela americká softwarová inženýrka Margaret Hamiltonová, která vedla tým, jenž vyvíjel letový software pro program Apollo amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA). Informoval o tom její někdejší zaměstnavatel, Massachusettský technický institut (MIT).
včera v 12:13‌‌

Největší soukromá archeologická společnost na světě končí, stovky vědců jsou bez práce

„Archeologie jako byznys s růstovou strategií“ – takový byl záměr americké soukromé společnosti Chronicle Heritage, která zaměstnávala stovky archeologů, antropologů a paleontologů. Na začátku října přestala fungovat, možná i kvůli obavám z budoucího nedostatku financí.
včera v 11:08‌‌

Evropský pohled

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