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自我调节行为可帮助蚂蚁避免交通堵塞

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-13 13:42

蚂蚁特别擅长避免交通拥堵,即使占据了80%以上的可用空间,蚂蚁也可以开展业务,这是阻碍行人或驾驶员的两倍。根据法国,美国和澳大利亚的一组研究人员进行的实验,蚂蚁运动最好用两相流函数来描述,该函数与交通工程的现有统计模型有很大不同。 对于研究包含大量相互作用粒子的系统(例如分子

  蚂蚁特别擅长避免交通拥堵,即使占据了80%以上的可用空间,蚂蚁也可以开展业务,这是阻碍行人或驾驶员的两倍。根据法国,美国和澳大利亚的一组研究人员进行的实验,蚂蚁运动最好用两相流函数来描述,该函数与交通工程的现有统计模型有很大不同。

自我调节行为可帮助蚂蚁避免交通堵塞

  对于研究包含大量相互作用粒子的系统(例如分子生物学和统计物理学中的系统)而言,这项工作可能非常重要。它甚至可能会对自动驾驶汽车的编程产生影响,从而使它们像蚂蚁一样协同工作。

  在图卢兹大学的奥黛丽·杜苏图尔(Audrey Dussutour)以及亚利桑那州立大学和阿德莱德大学的同事的带领下,科学家们研究了欧洲阿根廷蚂蚁(Linepithema humile)的行为。这种高度入侵的物种可以形成包含数十亿个体的“超殖民地”,并且是记录最多的多细胞生物社会。他们的实验台由一个巢和一个食物源组成,它们由一个17厘米长的桥连接,桥的宽度为5、10或20 mm。

  35个巢和170个实验

  在一项涵盖35个蚂蚁窝和170个实验的研究计划中,Dussutour及其同事通过在试验台上填充400至25600只蚂蚁来改变蚂蚁的密度(以每单位表面积的蚂蚁为单位进行测量),并将结果记录下来。从巢到食物来源 研究人员绘制了蚂蚁流量q 在两个方向上越过桥梁的方向-朝向食物源或远离食物源-与蚂蚁密度k的关系。然后,他们分析了q和k之间的关系,并将其数据拟合到交通工程模型中。

  研究小组发现,尽管所有模型的整体表现都不错,但没有一个模型能够预测中密度和高密度蚂蚁的行为。因此,研究人员引入了两相流函数,其中流率首先随着蚂蚁密度的增加而线性增加,然后达到平稳并随后保持恒定。此功能可以更好地描述蚂蚁的行为,并且与人类所看到的模式非常不同,在人类中,缓慢的交通流最终会导致堵塞。

  蚂蚁的流量不会减慢

  研究小组说,蚂蚁似乎正在根据情况调整其行为。例如,研究人员观察到,昆虫以中等密度增加了速度,从而避免了拥挤。蚂蚁还避免加入高密度(18蚂蚁/ cm 2)的交通流,而宁愿等到交通稀疏。在这两种情况下,都避免了拥堵,并且流量稳定,不中断。

  Dussutour及其同事说,蚂蚁的自我调节行为确保他们有效地觅食。这与适用于汽车交通的外部规则非常不同,例如不管交通流量是否密集,都在红灯处停车。蚂蚁似乎无需交通控制系统就能建立这样的规则。

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