學(xué)習(xí)螞蟻不堵車

螞蟻也會(huì)遇到和我們類似的交通問(wèn)題，雖然它們沒(méi)有修筑道路，但它們?nèi)绾卧趽頂D的巢穴和食物之間保持高效率，依然可以給予人類極大的啟發(fā)，比如不要亂超車，或是可以將交通作為一個(gè)整體來(lái)處理。

螞蟻是地球上數(shù)量最多的動(dòng)物，它們的大腦是昆蟲(chóng)綱生物中最大的，大約由25萬(wàn)個(gè)細(xì)胞構(gòu)成。研究人員認(rèn)為，螞蟻比人類更善于管理?yè)頂D的狀況，每個(gè)個(gè)體在巢穴附近都能高效地移動(dòng)。人類也許能夠從螞蟻那里獲得交通的啟發(fā)。

高度組織的切葉蟻

切葉蟻的日常生產(chǎn)活動(dòng)是工蟻外出尋找合適的樹(shù)葉，簡(jiǎn)單切割后運(yùn)回巢穴，在巢穴中再由其他的工蟻嚼碎制成培養(yǎng)真菌，這些真菌將被作為營(yíng)養(yǎng)豐富的食物喂給幼蟲(chóng)。當(dāng)覓食的螞蟻歸來(lái)時(shí)，它們的大顎中會(huì)夾著樹(shù)葉，這使得它們的速度比起其他螞蟻要慢很多。在返回蟻巢的過(guò)程中，它們還會(huì)迎面碰上外出覓食的螞蟻，這使得道路交通狀況更加復(fù)雜。

然而你永遠(yuǎn)也看不到這些小生物后退或者盲目地嗅來(lái)嗅去，到處亂轉(zhuǎn)，因?yàn)樗鼈冊(cè)谔幚碜约喝粘Ｊ聞?wù)時(shí)是有高度組織性和方向性的。法國(guó)保羅一薩巴蒂埃入學(xué)的昆蟲(chóng)學(xué)家Audrey Dussutour博士說(shuō):“它們永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生交通堵塞，我們應(yīng)該借鑒它們的規(guī)則?！盌ussutour博士對(duì)螞蟻進(jìn)行研究已有8年時(shí)間，她從未見(jiàn)到過(guò)螞蟻會(huì)發(fā)生交通堵塞，即使她試著干擾它們，Dussutour博士在較早的研究中還發(fā)現(xiàn)切葉蟻在寬闊的通路上相向行進(jìn)時(shí)，攜帶樹(shù)葉的和空著手的螞蟻會(huì)自動(dòng)聚在一起形成一串。

永遠(yuǎn)不超車

2009年Dussutour博士的研究組得出了進(jìn)一步的研究成果:在狹窄的道路中，離開(kāi)蟻巢的螞蟻會(huì)自動(dòng)為那些帶著樹(shù)葉返回的螞蟻?zhàn)屄?。而返回的螞蟻中，那些空手而歸的螞蟻盡管可以比那些帶著葉片的兄弟們速度快，但它們并不會(huì)超過(guò)去，而是跟在攜帶葉片的螞蟻后面，排起了長(zhǎng)隊(duì)。

當(dāng)前面是一輛行駛緩慢的貨車時(shí)，你會(huì)愿意減速嗎?“切葉蟻的路況實(shí)際上很像公路交通，”Dussutour博士說(shuō)，“在高速公路上我們都曾經(jīng)被卡在大貨車后面，但很多時(shí)候，超車并不是最好的選擇。”

這看起來(lái)是種違反直覺(jué)的選擇，但卻是有效的。當(dāng)切葉蟻在一條很窄的路上相向而行并相遇時(shí)，必須有一方的螞蟻繞到道路的側(cè)面，等待對(duì)面的螞蟻經(jīng)過(guò)，才回到路面上來(lái)。如果切葉蟻像人類那樣各自行進(jìn)，將大大增加相遇的次數(shù)，這將導(dǎo)致昆蟲(chóng)的大堵車。據(jù)Dussutour等人計(jì)算，空手的螞蟻個(gè)體在橫穿一個(gè)3米長(zhǎng)的擁擠路橋時(shí)，如果它等在慢速的行進(jìn)隊(duì)伍中而不試圖超車，將花費(fèi)32秒通過(guò)這段路橋;而如果它超過(guò)速度慢的同伴，所花費(fèi)的時(shí)間將達(dá)到64秒，也就是說(shuō)，個(gè)體的耐心使團(tuán)體的效率提高了一倍。

德國(guó)螞蟻如何運(yùn)用路網(wǎng)

德國(guó)德累斯頓技術(shù)大學(xué)的Dirk Helbing博士是一位頂尖的物理學(xué)家、集體智慧專家，他的研究小組曾經(jīng)著手于螞蟻們是如何分配道路資源的問(wèn)題。

他們?cè)O(shè)計(jì)了一條“螞蟻高速公路”，這條公路用兩條不同寬度的路線將蟻巢與食物連接起來(lái)。覓食的螞蟻從食物那里返回蟻巢后，便有更多的螞蟻前往食物那里。較窄的路線很快便開(kāi)始變得擁擠。這時(shí)，如果一只螞蟻沿著擁擠的路線返回巢穴，在道路的分岔口處迎面碰上另一只剛剛出發(fā)的螞蟻，前者便會(huì)將新來(lái)者推到另外的路線上去。不過(guò)，如果螞蟻返回時(shí)的旅程足夠通暢，它就不會(huì)再迫使后來(lái)者重新定向。這一過(guò)程的結(jié)果是，在最短的路線形成堵塞之前，螞蟻們便被分散到其他的路線上，這樣便最大限度地利用了道路網(wǎng)的運(yùn)行潛力。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們著迷于蟻巢中螞蟻的組織能力，因?yàn)橐粋€(gè)蟻巢的復(fù)雜程度可與任何大城市的實(shí)際建筑圖紙媲美，螞蟻們向我們展示了如何優(yōu)化個(gè)體行為以服務(wù)于集體利益，并最終使個(gè)體受益。在交通進(jìn)行中，它們似乎是憑借本能切換路線，使個(gè)體的流動(dòng)遵循最有效率的方式。已有科學(xué)家根據(jù)螞蟻運(yùn)動(dòng)歸納出的算法，將其應(yīng)用于指導(dǎo)數(shù)據(jù)傳輸，或者是開(kāi)發(fā)基于螞蟻交通算法的自動(dòng)駕駛車輛運(yùn)行系統(tǒng)。

去掉人類的利己主義因素

“人類交通的一個(gè)決定性因素是利己主義，”科隆大學(xué)交通流量理論學(xué)家Andreas Schadschneider教授說(shuō)，“駕駛員制定自己的出行計(jì)劃時(shí)，并不會(huì)考慮別人的需求，這導(dǎo)致了一些不應(yīng)出現(xiàn)的交通擁堵。而螞蟻不是這樣?！眱?yōu)化理論是理解人類與螞蟻的導(dǎo)航選擇方式之間差異的另一個(gè)出發(fā)點(diǎn)，他說(shuō)。在人類的交通中，“本質(zhì)上是出于用戶最優(yōu)，而在螞蟻的交通中則是系統(tǒng)最優(yōu)，這兩者的結(jié)果完全不同的”，并由此產(chǎn)生了不同的行為模式。

如果要向螞蟻學(xué)習(xí)，“我們首先必須把車輛的控制權(quán)交給一個(gè)集體的智能系統(tǒng)，系統(tǒng)將控制所有車輛從出發(fā)地向目的地移動(dòng)”，澳大利亞邦德大學(xué)的軟件數(shù)學(xué)家Marcus Randall說(shuō)。人們可能會(huì)不大情愿，但行駛過(guò)程中幾乎不會(huì)發(fā)生意外，旅途本身將變得舒適高效。這樣一個(gè)思路等于是完全取消了人對(duì)道路的控制權(quán)，將一切需求交托給一個(gè)智能路網(wǎng)去滿足，比如你只要告訴路網(wǎng)你想去哪兒，就有一個(gè)交通工具過(guò)來(lái)把你送到目的地。

螞蟻們的“云計(jì)算”

螞蟻?zhàn)鰶Q定依靠的是它們服務(wù)于蟻巢的天性和地面交通的實(shí)際情況。螞蟻們通過(guò)分泌的費(fèi)洛蒙和彼此之間的身體接觸傳遞信息，海量的信息像云一樣籠罩著螞蟻們，實(shí)時(shí)為它們傳達(dá)包括交通狀況在內(nèi)的各種信息。

科學(xué)家們幾十年的研究也未能揭開(kāi)螞蟻的信息交換之謎。但參與Dussutour博士研究的共同作者，伊利諾斯大學(xué)的昆蟲(chóng)學(xué)家Sam Beshers表示，“我們的證據(jù)有力地證明了進(jìn)出工蟻間的碰面是很重要的，它們管理的不僅僅是交通流，也包括信息流，盡管我們目前只知道這一點(diǎn)，但這具有很重要的潛在價(jià)值。