Ни один муравей не знает, что он делает, и не может провести какую-либо глобальную оценку, но в совокупности колонии многого добились.
Муравьи создают сложные гнезда, построенные на глубине нескольких метров под землей, с целой колонией из 10 000 муравьев, продолжительностью от 20 до 30 лет, что соответствует продолжительности жизни муравья-королевы, смерть которого предвещает медленное сокращение колонии.
И причина необычайного успеха этих муравьев? Алгоритмы. И, как выясняется, есть несколько вещей, которые мы, люди, тоже можем извлечь из алгоритмов муравьев.
Для муравьев самый важный алгоритм регулирует их добычу. Их основным источником пищи и воды являются семена травы, которые муравьи хранят в своих огромных подземных колониях в течение нескольких месяцев. Но в жаркой пустыне Аризоны, знание того, стоит ли тратить энергию и воду на охоту за семенами травы или вместо этого не охотиться и экономить ресурсы, имеет решающее значение для успеха колонии.
Дело в том, что ни один муравей не может принять это решение в одиночку. Вместо этого муравьи полагаются на сигналы от других муравьев, возвращающихся в гнездо с семенами травы, чтобы решить, должны ли они тоже присоединиться к охоте за едой. Муравьи покрыты вонючим слоем жира, запах которого меняется в зависимости от работы, выполняемой муравьем в колонии поэтому, когда муравьи чувствует запах других муравьев, возвращающихся с достаточно высокой скоростью, он тоже присоединяется к охоте за едой.
Муравьи, выполняющие другую работу, также могут быть вынуждены переключать свою задачу в зависимости от скорости, с которой они сталкиваются с другими видами муравьев. Если муравьи возвращаются быстро, то это говорит о том, что там можно собрать много легкой пищи, поэтому имеет смысл собрать как можно больше муравьев, собирать семена травы и сохраняя их на потом. Они управляют компромиссом между скоростью, с которой они получают еду, и скоростью, с которой они теряют воду при поиске на жарком солнце. Этот алгоритм поиска пищи очень похож на то, что называется Протоколом управления, системой, которая регулирует трафик данных онлайн, отправляя небольшие пакеты информации, чтобы определить объем доступной полосы пропускания. Если имеется достаточная пропускная способность, то есть гарантирует, что последуют дополнительные пакеты данных, а если нет, то весь поток трафика замедляется для экономии энергии.
Другие виды разработали свои собственные алгоритмы организации своих колоний.
Например, муравьи, живущие на деревьях, разработали алгоритм восстановления своих сетей следов, когда их обычный маршрут между различными гнездами нарушается. Колонии муравьев разделены между несколькими гнездами, которые связаны постоянным потоком муравьев, перемещающихся из гнезда в гнездо, но время от времени падающая ветвь или заблудившийся будет нарушать этот путь.
Когда дело доходит до поиска нового маршрута вокруг препятствия, муравьи используют широкую стратегию поиска, сначала пробуя множество новых маршрутов, и постепенно сокращая их, пока не останутся только самые полезные пути.
Алгоритмы поиска пути муравья могут обеспечить полезную модель для человека. И не только муравьи могут научить нас, как разрабатывать лучшие алгоритмы. Природа изобилует алгоритмами, которые могут быть применены к реальным проблемам. Ученые изучили, как пути, которые несут воду и питательные вещества внутри растений, построены, чтобы уравновесить коммунальные и энергетические затраты. Это может дать нам основу для строительства более качественных подземных и дорожных систем.
Насчитывается около 12 тысяч видов муравьев на земле. Это очень организованные и высокоразвитые насекомые. У них, как у людей, есть своя работа и ответственность. Есть муравьи охранники, которые заботятся о самке. Другие заняты техническими приспособлениями. У них есть животноводство, растениеводство, своя медицина. Строительство тоннелей в разных почвах и методы бурения.
Поражает изобретательность муравьев. Исследования этих трудяг выделено в отдельную науку, которая называется мирмекология.
Но наш доступ к алгоритмам природы может быть под угрозой.
Есть некоторые виды, которые могут давать очень уникальные идеи. Именно этим видам часто угрожают изменения окружающей среды. И в конечном счете это означает, что именно мы, люди, в конечном итоге будем упускать уроки инженерной мысли, которые мы можем найти внутри гениальной природы. Некоторые из этих видов могут делать очень умные вещи, которые, я думаю, наша работа, выяснить.
Сейчас идет гонка за раскрытием скрытых алгоритмов природы, прежде чем они исчезнут навсегда.