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.“
