蚂蚁是如何造桥的？
即使没有将军指挥，行军蚁也会自行通力合作，用它们的身体造出一座桥。一项新研究出揭示它们复杂群体行为背后的简单规则。
撰文 凯文·哈特尼特（Kevin Hartnett）
翻译 张铭函
审校 金烨
编辑 金庄维
行军蚁有上百万个殖民地，却没有固定的大本营。它们每晚穿梭在丛林中寻找新的觅食处。一路上，行军蚁们表现出的种种壮举简直可以让四星上将引以为豪，其中就包括用它们的身体造“桥”。
行军蚁能够在没有领导的情况下相互协调，并且只运用到最少的认知资源。一只独立的行军蚁几乎就是瞎的，而且它自己的小脑袋无法参透它们精密的集体动向。来自新泽西理工学院（New Jersey Institute of Technology）群体研究实验室主任西蒙·加尼尔（Simon Garnier）说：“它们没有领导者，也没有行军蚁建筑师告诉它们‘我们就建在这里’。”在一项新的研究中，加尼尔作为合作者，预测了行军蚁军团造桥的时机。
加尼尔的研究不仅有助于解释无组织的蚂蚁怎么造桥，还能解释如何实现更复杂的决定：哪座桥更值得造。
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随着缺口变大，蚂蚁桥在坍塌后，又迅速重建起来
（视频来源：Simon Garnier, Helen McCreery and the New Jersey Institute of Technology）
为了看清这项工作如何开展，先从“行军”途中单只行军蚁的角度来看。当路上遇到缺口时，它脚步会变慢。而队伍中的其他蚂蚁踩着它的后背过去，仍以每秒 12 厘米的速度行进。这时候，两条简单的规律出现了。
第一条规则告诉我们，当一只蚂蚁意识到其他蚂蚁走在它的背上时，它就会静止不动。
相同的过程也在其他蚂蚁身上重复：它们踩过第一只蚂蚁，但不巧的是，缺口还在，所以队伍中的下一只蚂蚁也得充当“垫脚石”，静止不动。这样，蚂蚁们就造出了一个可以跨越它们面前任何缝隙的桥。然后，后面的蚂蚁就从“蚂蚁桥”上走过去。
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当蚂蚁“军队”遇到 V 形缺口
（视频来源：Christopher R. Reid, Matthew J. Lutz and the New Jersey Institute of Technology）
不过，整个过程不仅仅像上面说的那么简单，造桥也要权衡利弊。想象一下，一列蚂蚁在途中遇到了一个 V 形缺口。它们既不想花大把时间绕着走，也不想在间隙最宽的地方造桥，虽然那样会最大程度地缩短它们之后的行程。事实上，行军蚁不总是造出能使“行军”距离最短的桥，这表明它们无意识的计算中还包含其他因素。“在生态学中，如果你看到这样的事情，那通常表明其中有着利弊权衡。” 加尼尔表示，“这时你就想搞清楚，利是什么，弊又是什么。”
生态学家认为，其弊端在于作为桥身的蚂蚁无法抽身完成其他任务，如觅食。在出行的任何时候，一队行军蚂可能会造 40-50 座桥，其中每座桥少则一只蚂蚁，最多可达 50 只。在 2015 年发表的一篇论文中，加尼尔和他的同事计算得到：在蚂蚁的行军队伍中，一般能有多达 20% 的蚂蚁同时被禁锢在桥身中。这时，如果为了一条更短的路线而浪费更多的蚂蚁去造更长的桥，那就不划算了。
然而，每只蚂蚁都不知道它有多少同伴在撑着桥来快速通过缝隙。这时候就出现了第二条规则。当蚂蚁各自运行着“造桥算法”时，它们对背上承受的踩踏相当敏感。当它们背上的“交通量”超过一定的水平时，他们就会站住不动。而当“交通量”降低到了某水平线以下时，也许是因为太多的蚂蚁都参与造桥，蚂蚁们就重新活动起来，加入前进的队伍。
新发表的论文总结了 2014 年巴拿马丛林的行军蚁实验。经观察，研究者建立了一个能够量化蚂蚁“步行交通量敏感度”的模型，此模型可以预测一队蚂蚁何时决定造桥，何时决定绕路。加尼尔的团队试图在给定的环境下，准确预测蚂蚁们会抄多少近路。
演化似乎恰好为行军蚁提供了合适的造桥“算法”。有些开发简单群体机器人的研究人员正在探索如何让他们的经济型机器表现得同样智能。其中一个挑战就是，比起人类造出的非常耗电的机器人“团队”，自然界创造的蚂蚁“军队”更靠谱，能耗也更低。第二个挑战是，行军蚁具备整齐划一的协调行为背后，很可能不止这两条简单的规则。
“我们如此简单地描述行军蚁的行为，但我们可能根本不了解它们在做什么。它们是很简单，但也许没有人类想得那么简单。”哈佛大学群体机器人学研究者马尔文·高奇（Melvin Gauci）如是说。
原文链接
https://www.quantamagazine.org/the-simple-algorithm-that-ants-use-to-build-bridges-20180226/
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