Объединяясь для командной работы, каждый из муравьев вносит больший вклад в общее дело, а не меньший, как это происходит у людей.
Эта давняя проблема человеческих коллективов была впервые описана французским инженером Максом Рингельманом в 1913 году, который измерял силу студентов, тянущих канат. Он обнаружил, что хотя общее усилие возрастает с увеличением числа участников, индивидуальный вклад каждого уменьшается.
Эффект Рингельмана справедлив для любых человеческих коллективов — от комитетов до спортивных команд. У муравьев же — все с точностью до наоборот.
«Каждый отдельный муравей почти удваивает силу тяги при увеличении размера команды — они действительно лучше работают вместе, когда группа становится больше», — уточняет поведенческий эколог из Университета Маккуори Мадлен Стьюардсон.
Преодолевая человеческие ограничения
Новое исследование в журнале Current Biology показывает, что муравьи-портные формируют сверхэффективные команды, в которых индивидуальный вклад возрастает по мере увеличения группы.
Крошечные древесные муравьи Oecophylla smaragdina, обитающие в тропиках Африки, Азии и Австралии, известны эффективным коллективным трудом при строительстве гнезд: они образуют живые цепочки, чтобы сворачивать листья и склеивать их шелком, выделяемым личинками.
Исследователи провели эксперименты, побуждая колонии муравьев-портных формировать тянущие цепочки для перемещения искусственного листа, присоединенного к динамометру.
«Муравьи разделяют работу на две задачи: одни активно тянут, а другие действуют как якоря, сохраняя усилие», — объясняет Стьюардсон.
Как муравьиная команда добивается успеха
Результаты экспериментов послужили основой для теории «силового храповика», объясняющей этот механизм, говорит Даниэле Карлессо из Констанцского университета и Института поведения животных Макса Планка (Германия), который был аспирантом в Маккуори.
«Роль каждого муравья зависит от его позиции в цепочке. Особи в конце цепочки вытягивают тела, чтобы сопротивляться и накапливать силу тяги, а те, что в начале, продолжают активно тянуть», — рассказывает он.
И здесь уже начинают работать законы физики, добавляет Дэвид Лабонте из Имперского колледжа Лондона.
«Более длинные цепочки муравьев имеют лучшее сцепление с поверхностью, чем одиночные муравьи, поэтому эффективнее сопротивляются обратному усилию листа. Длинные цепочки фактически накапливают силу тяги отдельных муравьев за счет трения — вместе команда работает как храповик», — говорит он.
Вдохновение для робототехники
Помимо увлекательного взгляда на природу, это открытие может помочь ученым разработать более эффективные команды роботов, полагает Крис Рид из Школы естественных наук Маккуори.
Современные роботы в командах могут выдавать только ту же силу, что и поодиночке, обеспечивая в лучшем случае линейный рост общей мощности. Муравьи показывают, что возможен гораздо больший потенциал.
«Никто не изучал применение аналогичного муравьиного метода для генерации силы в роях многоногих роботов, но мы планируем это сделать», — поделился исследователь.
На возможный успех намекают эксперименты, показавшие, что роботы-многоножки могут лучше передвигаться по сложной местности.
«Программирование роботов на использование кооперативных стратегий, подобных муравьиному "силовому храповику", позволит командам автономных роботов работать эффективнее, достигая большего, чем простая сумма их индивидуальных усилий», — заключил Рид.
Получены экспериментальные доказательства коллективного разума муравьев — видео
Рой «муравьеподобных» роботов поднимает тяжелые предметы и двигается синхронно: видео
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram
