機器人，從現在開始請像火蟻一樣思考！

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DEEP2篇

火蟻的哲學

2018年8月17日，火蟻上了《科學》雜誌。科學家發現，當火蟻社群挖隧道的時候，只有少數工蟻會進行大部分的挖掘工作，其它螞蟻只是袖手旁觀。研究者認為，這種看起來不那麼高產的策略，卻能確保平穩的挖掘流程，不會造成螞蟻堵塞交通的情況。將螞蟻的這種優化策略應用於地下機器人的集體行為上，可以避免機械化的堵塞，並以最少的能量完成工作。這對地下機器人在完成諸如災難恢復，採礦或甚至為未來的行星探險者挖掘地下掩體等任務時非常有用。該研究得到了美國國家科學基金會的物理生命系統計劃，陸軍研究辦公室和DFP資金的支持。除了潛在的機器人應用之外，這項研究還增加了人類對螞蟻複雜的社交技能的理解。

消息來源： Georgia Institute of Tech

D解讀

01

火蟻是怎樣的蟻

火蟻是Solenopsis屬中幾種螞蟻的俗稱。Solenopsis是刺痛的螞蟻，它們的常見名稱反映了這一點，例如姜螞蟻和熱帶火蟻。由於它們的淺棕色，許多也被稱為紅螞蟻，在咱們中國，著名如入侵紅火蟻和幾種本土火蟻。

火蟻經常攻擊小動物並殺死它們。不像許多其他螞蟻咬傷然後在傷口上噴酸，火螞蟻咬傷後會注射一種叫做solenopsin的毒性生物鹼。對於人類而言，是一種非常痛楚的刺痛感，類似於被火燒傷時的感覺（因此得名），刺痛的後遺症對敏感的人來說可能是致命的。火蟻比很多原生物種更具攻擊性，會將它們中的許多趕出棲息地。

火蟻可以在洪水中存活。在2017年美國的哈維颶風期間，人們看到火蟻叢聚集在水面上。每個叢生有多達100,000隻螞蟻，形成了臨時結構，直到找到一個新家。（見上圖，攝影師Houstong Chronicle)

02

科學家們怎麼觀察的

為了更好地觀察火蟻如何有效協作，研究人員做了一個裝有模擬土壤的玻璃容器，並給其中工作的30隻工蟻塗上了識別色。喬治亞理工學院教授Goldman說：「我們注意到，如果容器中有150隻螞蟻，那麼在任何時候 ，挖掘隧道的螞蟻都在10-15隻左右...我們想知道為什麼，並了解物理學的基本定律是如何發揮作用的。我們觀察到了一種看似不平等卻利於社群的有益策略。不這樣，挖掘就完成不了。」

source: Rob Felt, Georgia Tech

03

應用在機器人上的三種行為模式

研究者用機器人模擬工蟻行為

圖片來自Georgia Tech

研究人員用機器人模擬工蟻時發現，多達三個機器人可以在狹窄的水平隧道中有效工作。但是，如果第四個機器人進入隧道，則會產生堵塞，使工作陷入停頓。 「當我們將四個機器人放入一個狹窄的環境並試圖讓它們進行挖掘時，它們會立即陷入困境，」Goldman說。

在觀察螞蟻時，研究者們發現有時別的工蟻會去隧道，如果他們遇到了少量的堵塞，就會轉身撤退。科學家們將這些行為也在機器人的程序上進行了實驗。「 在實驗中，研究小組測試了機器人的三種潛在行為，他們稱之為「渴望工作」，「轉身放棄」或「懶惰觀望」。使用「渴望工作」的策略時，所有四個機器人都投入了工作 - 並迅速陷入困境。在「轉身放棄」行為中，機器人在遇到延誤時放棄並轉身。在「懶惰觀望」的策略中，鼓勵徘徊觀望。

「如果你只有三個機器人，那麼「渴望工作」是最好的策略，但是如果你增加了第四個機器人，那麼這種行為就會因為它們彼此影響，」Goldman說， 「轉身放棄產生相對理智和明智的挖掘。它不是最快的策略，但沒有堵塞。如果從能量消耗的角度看，「懶惰觀望」是最好的方法。」

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