Comportament de roi - Swarm behaviour
Comportamentul roi , sau roire , este un comportament colectiv prezentat de entități, în special animale, de dimensiuni similare, care se agregează împreună, poate frezând aproximativ același loc sau poate mișcându-se în masă sau migrând într-o anumită direcție. Este un subiect extrem de interdisciplinar. Ca termen, roirea se aplică în special insectelor, dar poate fi aplicată și oricărei alte entități sau animale care prezintă un comportament de roi. Termenul plușare sau murmuration se poate referi în mod specific la comportamentul roi la păsări, mimetic pentru a se referi la comportamentul roi în tetrapods și formarea de bancuri sau școlarizarea pentru a se referi la comportamentul roi la pești. Fitoplanctonul se adună și în roiuri uriașe numite flori , deși aceste organisme sunt alge și nu sunt autopropulsate așa cum sunt animalele. Prin extensie, termenul „roi” se aplică și entităților neînsuflețite care prezintă comportamente paralele, ca într-un roi robot , un roi cutremur sau un roi de stele.
Din punct de vedere mai abstract, comportamentul de roi este mișcarea colectivă a unui număr mare de entități autopropulsate . Din perspectiva modelatorului matematic, este un comportament emergent care rezultă din reguli simple care sunt urmate de indivizi și nu implică nicio coordonare centrală. Comportamentul roiului este, de asemenea, studiat de către fizicienii materiei active ca fenomen care nu se află în echilibru termodinamic și, ca atare, necesită dezvoltarea unor instrumente dincolo de cele disponibile din fizica statistică a sistemelor în echilibru termodinamic. În acest sens, roiul a fost comparat cu matematica superfluidelor , în special în contextul turmelor de sturni (murmur).
Comportamentul Swarm a fost simulat mai întâi pe un computer în 1986 cu programul de simulare boids . Acest program simulează agenți simpli (pachete) cărora li se permite să se deplaseze conform unui set de reguli de bază. Modelul a fost inițial conceput pentru a imita comportamentul de flocare al păsărilor, dar poate fi aplicat și pe școlile de pești și alte entități de roire.
Modele
În ultimele decenii, oamenii de știință s-au orientat spre modelarea comportamentului roiului pentru a obține o înțelegere mai profundă a comportamentului.
Modele matematice
| Imagini externe | |
|---|---|
 Simularea barelor
| |
|
Simulare iFloys
| |
|
Simulare Efloys
|
Studiile timpurii despre comportamentul roiului au folosit modele matematice pentru a simula și înțelege comportamentul. Cele mai simple modele matematice de roiuri de animale reprezintă, în general, animale individuale după următoarele trei reguli:
- Mutați-vă în aceeași direcție ca vecinii lor
- Rămâneți aproape de vecinii lor
- Evitați coliziunile cu vecinii lor
Programul de computer Boids , creat de Craig Reynolds în 1986, simulează comportamentul roiului urmând regulile de mai sus. Multe modele ulterioare și actuale utilizează variații ale acestor reguli, adesea implementându-le prin intermediul „zonelor” concentrice din jurul fiecărui animal. În „zona de respingere”, foarte aproape de animal, animalul focal va căuta să se distanțeze de vecinii săi pentru a evita coliziunea. Puțin mai departe, în „zona de aliniere”, animalul focal va căuta să-și alinieze direcția de mișcare cu vecinii săi. În „zona de atracție” cea mai exterioară, care se extinde la fel de departe de animalul focal pe cât este capabil să simtă, animalul focal va căuta să se îndrepte spre un vecin.
Forma acestor zone va fi în mod necesar afectată de capacitățile senzoriale ale unui animal dat. De exemplu, câmpul vizual al unei păsări nu se extinde în spatele corpului său. Peștii se bazează atât pe viziune, cât și pe percepțiile hidrodinamice transmise prin liniile lor laterale , în timp ce krilul din Antarctica se bazează atât pe viziune, cât și pe semnalele hidrodinamice transmise prin antene .
Cu toate acestea, studii recente asupra turmelor de storni au arătat că fiecare pasăre își modifică poziția, în raport cu cele șase sau șapte animale care o înconjoară direct, indiferent cât de aproape sau cât de departe sunt aceste animale. Interacțiunile dintre sturni care se înghesuie se bazează astfel pe o regulă topologică , mai degrabă decât pe o metrică. Rămâne de văzut dacă acest lucru se aplică și altor animale. Un alt studiu recent, bazat pe o analiză a imaginilor de mare viteză ale camerelor de deasupra Romei și presupunând reguli comportamentale minime, a simulat în mod convingător o serie de aspecte ale comportamentului turmei.
Modele evolutive
Pentru a obține o perspectivă asupra motivelor pentru care animalele evoluează comportamente de roire, oamenii de știință au apelat la modele evolutive care simulează populațiile de animale în evoluție. De obicei, aceste studii utilizează un algoritm genetic pentru a simula evoluția de-a lungul mai multor generații. Aceste studii au investigat o serie de ipoteze care încearcă să explice de ce animalele evoluează comportamente de roi, cum ar fi teoria egoistă a efectivului , efectul confuziei prădătorilor, efectul de diluare și teoria multor ochi.
Agenți
- Mach, Robert; Schweitzer, Frank (2003). „Model multi-agent de roire biologică”. Progrese în viața artificială . Note de curs în informatică . 2801 . pp. 810-820. CiteSeerX 10.1.1.87.8022 . doi : 10.1007 / 978-3-540-39432-7_87 . ISBN 978-3-540-20057-4.
Autoorganizarea
Apariția
Conceptul de apariție - că proprietățile și funcțiile găsite la un nivel ierarhic nu sunt prezente și sunt irelevante la nivelurile inferioare - este adesea un principiu de bază în spatele sistemelor de auto-organizare . Un exemplu de autoorganizare în biologie care duce la apariția în lumea naturală apare în coloniile de furnici. Regina nu dă ordine directe și nu le spune furnicilor ce să facă. În schimb, fiecare furnică reacționează la stimuli sub formă de mirosuri chimice de la larve, alte furnici, intruși, hrană și acumularea de deșeuri și lasă în urmă o urmă chimică, care, la rândul său, oferă un stimul altor furnici. Aici fiecare furnică este o unitate autonomă care reacționează în funcție doar de mediul său local și de regulile codificate genetic pentru varietatea sa. În ciuda lipsei de luare a deciziilor centralizate, coloniile de furnici prezintă comportamente complexe și au reușit chiar să demonstreze capacitatea de a rezolva probleme geometrice. De exemplu, coloniile găsesc în mod obișnuit distanța maximă de la toate intrările coloniilor până la eliminarea cadavrelor.
Stigmergy
Un alt concept cheie în domeniul inteligenței roiului este stigmeria . Stigmeria este un mecanism de coordonare indirectă între agenți sau acțiuni. Principiul este că urma lăsată în mediu de o acțiune stimulează efectuarea unei acțiuni următoare, de către același agent sau de către un agent diferit. În acest fel, acțiunile ulterioare tind să se întărească și să se construiască reciproc, ducând la apariția spontană a unei activități coerente, aparent sistematice. Stigmeria este o formă de autoorganizare. Produce structuri complexe, aparent inteligente, fără a fi nevoie de planificare, control sau chiar comunicare directă între agenți. Ca atare, sprijină colaborarea eficientă între agenți extrem de simpli, cărora le lipsește orice memorie, inteligență sau chiar conștientizare reciprocă.
Inteligența roiului
Inteligența roiului este comportamentul colectiv al sistemelor descentralizate , autoorganizate , naturale sau artificiale. Conceptul este utilizat în lucrul cu inteligența artificială . Expresia a fost introdusă de Gerardo Beni și Jing Wang în 1989, în contextul sistemelor robotizate celulare .
Sistemele de informații despre roiuri sunt formate de obicei dintr-o populație de agenți simpli , cum ar fi boizele care interacționează local între ele și cu mediul lor. Agenții respectă reguli foarte simple și, deși nu există o structură de control centralizată care să dicteze modul în care agenții individuali ar trebui să se comporte, local și într-un anumit grad aleatoriu, interacțiunile dintre acești agenți conduc la apariția unui comportament global inteligent, necunoscut agenților individuali.
Cercetarea inteligenței roiurilor este multidisciplinară. Poate fi împărțit în cercetarea roiului natural care studiază sistemele biologice și cercetarea roiului artificial care studiază artefactele umane. Există, de asemenea, un flux științific care încearcă să modeleze sistemele de roi în sine și să înțeleagă mecanismele lor de bază, și un flux de inginerie axat pe aplicarea perspectivelor dezvoltate de fluxul științific pentru a rezolva problemele practice din alte domenii.
Algoritmi
Algoritmii de roi urmează o abordare lagrangiană sau o abordare euleriană . Abordarea euleriană privește roiul ca pe un câmp , lucrând cu densitatea roiului și derivând proprietăți medii ale câmpului. Este o abordare hidrodinamică și poate fi utilă pentru modelarea dinamicii generale a roiurilor mari. Cu toate acestea, majoritatea modelelor funcționează cu abordarea lagrangiană, care este un model bazat pe agenți care urmează agenții individuali (puncte sau particule) care alcătuiesc roiul. Modelele individuale de particule pot urmări informații despre direcția și spațiul care se pierd în abordarea euleriană.
Optimizarea coloniei de furnici
| Imagine externă | |
|---|---|
|
Roboții Swarmanoid găsesc cea mai scurtă cale peste podul dublu
|
Optimizarea coloniilor de furnici este un algoritm utilizat pe scară largă, care a fost inspirat de comportamentele furnicilor și a rezolvat eficient probleme discrete de optimizare legate de roire. Algoritmul a fost propus inițial de Marco Dorigo în 1992 și de atunci a fost diversificat pentru a rezolva o clasă mai largă de probleme numerice. Speciile care au mai multe mătci pot avea o regină care părăsește cuibul împreună cu câțiva muncitori pentru a întemeia o colonie într-un nou loc, un proces asemănător cu roiul de albine .
- Furnicile sunt sofisticate din punct de vedere comportamental; colectiv îndeplinesc sarcini complexe. Furnicile au dezvoltat o comunicare sofisticată bazată pe semne.
- Furnicile comunică folosind feromoni; sunt așezate trasee care pot fi urmate de alte furnici.
- Furnicile cu probleme de rutare renunță la diferiți feromoni utilizați pentru a calcula calea „cea mai scurtă” de la sursă la destinație.
- Rauch, EM; Millonas, MM; Chialvo, DR (1995). "Formarea modelului și funcționalitatea în modelele de roi". Physics Letters A . 207 (3-4): 185. arXiv : adap-org / 9507003 . Cod Bib : 1995PhLA..207..185R . doi : 10.1016 / 0375-9601 (95) 00624-c . S2CID 120567147 .
Particule autopropulsate
| Videoclip extern | |
|---|---|
 Simulare interactivă a modelului SPP- are nevoie de Java |
Conceptul de particule autopropulsate (SPP) a fost introdus în 1995 de Tamás Vicsek și colab. ca un caz special al modelului boids introdus în 1986 de Reynolds. Un roi SPP este modelat de o colecție de particule care se mișcă cu o viteză constantă și răspund la perturbații aleatorii adoptând de fiecare dată creșterea direcției medii de mișcare a celorlalte particule din vecinătatea lor locală.
Simulările demonstrează că o „regulă apropiată a celui mai apropiat vecin” rezultă în cele din urmă ca toate particulele să roiască împreună sau să se deplaseze în aceeași direcție. Acest lucru apare, chiar dacă nu există o coordonare centralizată și chiar dacă vecinii pentru fiecare particulă se schimbă constant în timp. Modelele SPP prezic că animalele roitoare împărtășesc anumite proprietăți la nivel de grup, indiferent de tipul de animale din roi. Sistemele de roire dau naștere la comportamente emergente care apar la multe scări diferite, dintre care unele sunt atât universale, cât și robuste. A devenit o provocare în fizica teoretică găsirea unor modele statistice minime care să surprindă aceste comportamente.
Optimizarea roiurilor de particule
Optimizarea roiurilor de particule este un alt algoritm utilizat pe scară largă pentru rezolvarea problemelor legate de roiuri. A fost dezvoltat în 1995 de Kennedy și Eberhart și a avut ca scop simularea comportamentului social și a coregrafiei turmelor de păsări și a școlilor de pești. Algoritmul a fost simplificat și s-a observat că realizează optimizare. Sistemul inițial însămânțează o populație cu soluții aleatorii. Apoi caută în spațiul problematic prin generații succesive folosind optimizarea stocastică pentru a găsi cele mai bune soluții. Soluțiile pe care le găsește se numesc particule . Fiecare particulă își stochează poziția, precum și cea mai bună soluție pe care a obținut-o până acum. Optimizatorul de roi de particule urmărește cea mai bună valoare locală obținută până acum de orice particulă din cartierul local. Particulele rămase se deplasează apoi prin spațiul problematic urmând conducerea particulelor optime. La fiecare iterație, optimizatorul roiului de particule accelerează fiecare particulă către locațiile sale optime în conformitate cu reguli matematice simple . Optimizarea roiurilor de particule a fost aplicată în multe domenii. Are puțini parametri de reglat, iar o versiune care funcționează bine pentru anumite aplicații poate funcționa bine și cu modificări minore într-o gamă de aplicații conexe. O carte a lui Kennedy și Eberhart descrie câteva aspecte filosofice ale aplicațiilor de optimizare a roiului de particule și ale inteligenței roiului. Un sondaj extins al aplicațiilor este realizat de Poli.
Altruism
Cercetătorii din Elveția au dezvoltat un algoritm bazat pe regulile de rudenie ale lui Hamilton . Algoritmul arată cum altruismul într-un roi de entități poate, în timp, să evolueze și să ducă la un comportament mai eficient al roiului.
Roire biologică
Cele mai vechi dovezi ale comportamentului roiului la animale datează de aproximativ 480 de milioane de ani. Fosilele trilobitului Ampyx priscus au fost recent descrise ca fiind grupate în linii de-a lungul fundului oceanului. Animalele erau cu toții adulți maturi și se confruntau cu toții în aceeași direcție ca și cum ar fi format o linie de conga sau un peloton . S-a sugerat că se aliniază în acest mod pentru a migra, la fel cum homarii spinoși migrează în cozi cu un singur fișier. Sau poate că se reunesc pentru împerechere, ca și cu musca Leptoconops torrens . Descoperirile sugerează că comportamentul colectiv al animalelor are origini evolutive foarte timpurii.
Exemple de roire biologică se găsesc în turmele de păsări , peștii , roiurile de insecte , roiurile de bacterii , mucegaiurile, motoarele moleculare , turmele patrupede și oamenii.
- Teoria swarmului National Geographic . Articol special, iulie 2007.
- Beekman M, Sword GA și Simpson SK (2008) Biological Foundations of Swarm Intelligence . În Swarm intelligence: introducere și aplicații , Eds Blum C și Merkle D.シ ュ プ リ ン ガ ー ・ ジ ャ パ ン 株式会社, Pagina 3–43. ISBN 978-3-540-74088-9
- Parrish JK, Edelstein-Keshet L (1999). „Complexitate, model și compromisuri evolutive în agregarea animalelor” (PDF) . Știință . 284 (5411): 99–101. Bibcode : 1999Sci ... 284 ... 99P . CiteSeerX 10.1.1.560.5229 . doi : 10.1126 / science.284.5411.99 . PMID 10102827 . Arhivat din original (PDF) la 20 iulie 2011.
- Spawning
- Sincronia reproducerii
- Fertilizarea externă
Insecte sociale
Comportamentul insectelor sociale (insectele care trăiesc în colonii , cum ar fi furnicile, albinele, viespile și termitele) a fost întotdeauna o sursă de fascinație pentru copii, naturaliști și artiști. Insectele individuale par să-și facă propriile lucruri fără nici un control central, totuși colonia în ansamblu se comportă într-un mod foarte coordonat. Cercetătorii au descoperit că cooperarea la nivel de colonie este în mare parte auto-organizată . Coordonarea grupului care apare este adesea doar o consecință a modului în care interacționează indivizii din colonie. Aceste interacțiuni pot fi remarcabil de simple, cum ar fi o furnică care doar urmărește urmele lăsate de o altă furnică. Cu toate acestea, împreună, efectul cumulativ al unor astfel de comportamente poate rezolva probleme extrem de complexe, cum ar fi localizarea celui mai scurt traseu într-o rețea de căi posibile către o sursă de hrană. Comportamentul organizat care apare astfel se numește uneori inteligență de roi , o formă de apariție biologică .
Furnicile
Furnicile individuale nu prezintă comportamente complexe, totuși o colonie de furnici realizează în mod colectiv sarcini complexe, cum ar fi construirea cuiburilor, îngrijirea puilor lor, construirea de poduri și căutarea hranei. O colonie de furnici poate selecta colectiv (adică îi trimite pe majoritatea lucrătorilor către) cea mai bună sau cea mai apropiată sursă de hrană din mai multe din vecinătate. Astfel de decizii colective sunt realizate folosind mecanisme de feedback pozitiv. Selectarea celei mai bune surse de hrană este realizată de furnici urmând două reguli simple. În primul rând, furnicile care găsesc hrană se întorc la cuib depunând un produs chimic cu feromoni . Se pune mai mult feromon pentru surse alimentare de calitate superioară. Astfel, dacă se găsesc simultan două surse echidistante de hrană cu calități diferite, urmele feromonilor către cea mai bună vor fi mai puternice. Furnicile din cuib respectă o altă regulă simplă, pentru a favoriza în medie trasee mai puternice. Mai multe furnici urmează urmele mai puternice, astfel încât mai multe furnici ajung la sursa de hrană de înaltă calitate, iar un ciclu de feedback pozitiv asigură, rezultând o decizie colectivă pentru cea mai bună sursă de hrană. Dacă există două căi de la cuibul furnicilor la o sursă de hrană, atunci colonia selectează de obicei calea mai scurtă. Acest lucru se datorează faptului că furnicile care se întorc mai întâi la cuib de la sursa de hrană sunt mai susceptibile de a fi cele care au luat calea mai scurtă. Mai multe furnici refac apoi calea mai scurtă, întărind traseul feromonilor.
Furnicile armatei , spre deosebire de majoritatea speciilor de furnici, nu construiesc cuiburi permanente; o colonie de furnici de armată se mișcă aproape neîncetat pe parcursul timpului existent, rămânând într-o stare esențial perpetuă de roire. Mai multe linii au evoluat independent același sindrom comportamental și ecologic de bază, adesea denumit „comportament legionar” și pot fi un exemplu de evoluție convergentă .
Tehnicile de succes utilizate de coloniile de furnici au fost studiate în informatică și robotică pentru a produce sisteme distribuite și tolerante la erori pentru rezolvarea problemelor. Această zonă a biomimeticii a condus la studii de locomoție a furnicilor, motoare de căutare care folosesc „trasee de căutare”, stocare tolerantă la erori și algoritmi de rețea .
Albine de miere
În climatele temperate, albinele de miere formează de obicei roiuri la sfârșitul primăverii. Un roi conține de obicei aproximativ jumătate din muncitori împreună cu vechea regină, în timp ce noua regină rămâne înapoi cu muncitorii rămași în stupul original. Când albinele ies dintr-un stup pentru a forma un roi, se pot aduna pe o ramură a unui copac sau pe un tufiș la doar câțiva metri de stup. Albinele se strâng în jurul reginei și trimit 20-50 de cercetași pentru a găsi noi locații potrivite de cuiburi. Cercetașii sunt cei mai experimentați forajeri din grup. Dacă o cercetașă găsește o locație potrivită, ea se întoarce la grup și o promovează dansând o versiune a dansului waggle . Acest dans transmite informații despre calitatea, direcția și distanța noului site. Cu cât este mai încântată de descoperirile ei, cu atât dansează mai viguros. Dacă îi poate convinge pe ceilalți, ar putea să decoleze și să verifice site-ul pe care l-a găsit. Dacă aprobă, pot promova și acest lucru. În acest proces de luare a deciziilor, cercetașii verifică mai multe site-uri, abandonând adesea propriul site original pentru a promova site-ul superior al unui alt cercetaș. Mai multe site-uri diferite pot fi promovate de către cercetași diferiți la început. După câteva ore și uneori zile, din acest proces de luare a deciziilor apare o locație preferată. Când toți cercetașii sunt de acord cu locația finală, întregul grup decolează și roade spre el. Uneori, dacă nu se ia nicio decizie, roiul se va separa, unele albine mergând într-o singură direcție; alții, mergând în altul. Acest lucru duce de obicei la eșec, ambele grupuri murind. O nouă locație este de obicei la un kilometru sau mai mult de stupul original, deși unele specii, de exemplu, Apis dorsata , pot stabili noi colonii la doar 500 de metri de cuibul natal. Acest proces colectiv de luare a deciziilor are un succes remarcabil în identificarea celui mai potrivit loc nou de cuib și menținerea roiului intact. Un loc bun de stup trebuie să fie suficient de mare pentru a găzdui roiul (aproximativ 15 litri în volum), trebuie să fie bine protejat de elemente, să primească o cantitate optimă de soare, să fie la o înălțime deasupra solului, să aibă o intrare mică și să fie capabil să reziste infestării cu furnici - de aceea sunt adesea selectate cavitățile copacilor.
Insecte non-sociale
Spre deosebire de insectele sociale, roiurile de insecte non-sociale care au fost studiate în primul rând par să funcționeze în contexte precum împerecherea, hrănirea, evitarea prădătorilor și migrația.
Molii
Molii pot prezenta împerecheri sincronizate, în timpul cărora feromonii eliberați de femele inițiază un comportament de căutare și roire la masculi. Bărbații simt feromoni cu antene sensibile și pot urmări femelele până la câțiva kilometri distanță. Împerecherea roiurilor implică alegerea femeilor și competiția masculină. Doar un bărbat din roi - de obicei primul - va copula cu succes. Femeile maximizează beneficiile de fitness și reduc costurile, guvernând debutul și amploarea feromonilor desfășurați. În timp ce prea puțin feromon nu va atrage un partener, prea mult îi permite bărbaților mai puțini să se simtă semnalul. După copulare, femelele depun ouăle pe o plantă gazdă. Calitatea plantei gazdă poate fi un factor care influențează localizarea roiului și a ouălor. Intr - un caz, cercetatorii au observat molii roz cu dungi oakworm ( anisota virginiensis ) roire la un hoit sit, unde descompunerea probabil nivelurile crescute de nutrienți din sol și a calității plantelor gazdă.
Muste
Moșii, precum Tokunagayusurika akamusi , formează roiuri, dansând în aer. Roirea servește scopuri multiple, inclusiv facilitarea împerecherii prin atragerea femelelor să se apropie de roi, fenomen cunoscut sub numele de împerechere lek . Astfel de roiuri asemănătoare norilor se formează adesea seara devreme când soarele devine scăzut, la vârful unui tufiș, pe un vârf de deal, peste un bazin de apă sau chiar uneori deasupra unei persoane. Formarea unor astfel de roiuri nu este din instinct, ci un comportament adaptativ - un „consens” - între indivizii din roiuri. De asemenea, se sugerează că roiul este un ritual , deoarece rareori există vreun mascul de la sine și nu într-un roi. Acest lucru s-ar fi putut forma datorită beneficiului scăderii consangvinizării prin faptul că bărbații de diferite gene se adună într-un singur loc. Genul Culicoides , cunoscut și sub denumirea de mușchi mușcător, a prezentat un comportament de roire care se crede că provoacă confuzie la prădători.
Gandaci de bucatarie
Gândacii lasă urme chimice în fecale, precum și emit feromoni în aer pentru împerechere. Alți gândaci vor urma aceste trasee pentru a descoperi surse de hrană și apă și, de asemenea, vor descoperi unde se ascund alți gândaci. Astfel, grupurile de gândaci pot prezenta un comportament emergent , în care comportamentul de grup sau de roi apare dintr-un set simplu de interacțiuni individuale.
Gândacii sunt în principal nocturni și vor fugi atunci când sunt expuși la lumină. Un studiu a testat ipoteza că gândacii folosesc doar două informații pentru a decide unde să meargă în aceste condiții: cât de întunecat este și câte alte gândaci există. Studiul realizat de José Halloy și colegii de la Universitatea Liberă din Bruxelles și alte instituții europene a creat un set de roboți minusculi care apar la gandaci ca alți gandaci și astfel pot modifica percepția lor asupra masei critice . Roboții erau, de asemenea, special parfumați, astfel încât să fie acceptați de adevăratele gândaci.
Lăcuste
Lăcustele sunt faza de roire a lăcustelor cu coarne scurte din familia Acrididae . Unele specii se pot reproduce rapid în condiții adecvate și ulterior pot deveni gregare și migratoare. Ele formează benzi ca niște nimfe și roiuri ca adulți - ambele putând parcurge distanțe mari, dezbrăcând rapid câmpurile și dăunând foarte mult culturile . Cele mai mari roiuri pot acoperi sute de kilometri pătrați și pot conține miliarde de lăcuste. O lăcustă își poate mânca propria greutate (aproximativ 2 grame) în plante în fiecare zi. Asta înseamnă că un milion de lăcuste pot mânca mai mult de o tonă de alimente în fiecare zi, iar cei mai mari roiuri pot consuma peste 100.000 de tone în fiecare zi.
S-a constatat că roiul la lăcuste este asociat cu niveluri crescute de serotonină, ceea ce face ca lăcustele să-și schimbe culoarea, să mănânce mult mai mult, să se atragă reciproc și să se reproducă mult mai ușor. Cercetătorii propun că comportamentul de roire este un răspuns la supraaglomerare și studiile au arătat că stimularea tactilă crescută a picioarelor posterioare sau, la unele specii, simpla întâlnire cu alți indivizi determină o creștere a nivelurilor de serotonină. Transformarea lăcustei în soiul de roire poate fi indusă de mai multe contacte pe minut pe o perioadă de patru ore. În special, s-a găsit o predispoziție înnăscută la agregat la puii de salcâm din deșert, Schistocerca gregaria , independent de faza lor parentală.
Răspunsul unei lăcuste individuale la o pierdere a alinierii în grup pare să crească aleatoria mișcării sale, până când se atinge din nou o stare aliniată. Această aliniere indusă de zgomot pare a fi o caracteristică intrinsecă a mișcării coerente colective.
Comportamentul migrator
Migrația insectelor este mișcarea sezonieră a insectelor , în special a celor de specii de libelule , gândaci , fluturi și molii . Distanța poate varia de la specie la specie, dar în majoritatea cazurilor aceste mișcări implică un număr mare de indivizi. În unele cazuri, indivizii care migrează într-o direcție pot să nu se întoarcă, iar generația următoare poate migra în direcția opusă. Aceasta este o diferență semnificativă față de migrația păsărilor .
Fluturii monarhi sunt remarcați în special pentru migrația lor anuală lungă. În America de Nord, ei fac migrații masive spre sud începând din august până la primul îngheț. O migrație spre nord are loc primăvara. Monarhul este singurul fluture care migrează atât la nord, cât și la sud, așa cum fac păsările în mod regulat. Dar niciun individ nu face întreaga călătorie dus-întors. Femeile monarhi depun ouă pentru următoarea generație în timpul acestor migrații. Durata acestor călătorii depășește durata de viață normală a majorității monarhilor, care este mai mică de două luni pentru fluturii născuți la începutul verii. Ultima generație a verii intră într-o fază non-reproductivă cunoscută sub numele de diapauză și poate trăi șapte luni sau mai mult. În timpul diapauzei, fluturii zboară către unul dintre numeroasele locuri de iernare. Generația care iernează în general nu se reproduce până când nu părăsește site-ul de iernare cândva în februarie și martie. Este a doua, a treia și a patra generație care se întorc în primăvară la locațiile lor nordice din Statele Unite și Canada. Modul în care specia reușește să se întoarcă la aceleași locuri de iernare într-un decalaj de câteva generații este încă un subiect de cercetare; modelele de zbor par a fi moștenite, pe baza unei combinații a poziției soarelui pe cer și a unei busole Soare compensate în timp, care depinde de un ceas circadian care se află în antenele lor.
Păsări
Murmurări de grauri
- Nagy, M; Akos Zs, Biro D; Vicsek, T (2010). „Dinamica ierarhică de grup în turmele de porumbei” (PDF) . Natura . 464 (7290): 890–893. arXiv : 1010.5394 . Cod Bib : 2010Natur.464..890N . doi : 10.1038 / nature08891 . PMID 20376149 . S2CID 4430488 . Arhivat din original (PDF) la 6 iulie 2010. PDF suplimentar
Migrația păsărilor
Aproximativ 1800 din cele 10.000 de specii de păsări din lume sunt migranți pe distanțe lungi. Motivația principală pentru migrație pare să fie hrana; de exemplu, unele colibri aleg să nu migreze dacă sunt hrăniți în timpul iernii. De asemenea, zilele mai lungi din vara nordică oferă timp prelungit păsărilor care se reproduc pentru a-și hrăni puii. Acest lucru ajută păsările diurne să producă ambreiaje mai mari decât speciile conexe nemigratoare care rămân în tropice. Pe măsură ce zilele se scurtează toamna, păsările se întorc în regiuni mai calde, unde alimentele disponibile variază puțin în funcție de sezon. Aceste avantaje compensează stresul ridicat, costurile de efort fizic și alte riscuri ale migrației, cum ar fi prădarea.
Multe păsări migrează în turme. Pentru păsările mai mari, se presupune că zborul în turme reduce costurile cu energia. Formația V este adesea presupusă a spori eficiența și raza de acțiune a păsărilor zburătoare, în special pe traseele migratoare lungi. Toate păsările, cu excepția primei zboruri în spălarea ascendentă de la unul dintre vârtejurile vârfurilor aripilor păsării din față. Spălarea în sus ajută fiecare pasăre să își susțină propria greutate în zbor, în același mod în care un planor poate urca sau menține înălțimea la nesfârșit în aerul în creștere. Gâștele care zboară într-o formațiune V economisesc energie zburând în curentul ascuns al vârtejului vârfului aripii generat de animalul anterior din formațiune. Astfel, păsările care zboară în spate nu trebuie să lucreze la fel de mult pentru a realiza ridicarea. Studiile arată că păsările într-o formațiune V se situează aproximativ la distanța optimă prevăzută de teoria aerodinamică simplă. Gâștele dintr-o formație V pot conserva 12-20% din energia de care ar avea nevoie pentru a zbura singure. Noduri roșii și dunlins au fost găsite în studiile radar pentru a zbura cu 5 km pe oră mai repede în turme decât atunci când zburau singuri. Păsările care zboară la vârfuri și în față sunt rotite în timp util, ciclic, pentru a răspândi oboseala zborului în mod egal printre membrii turmei. De asemenea, formarea facilitează comunicarea și permite păsărilor să mențină contactul vizual între ele.
| Videoclip extern | |
|---|---|
|
Scena Migrării homarului - din The Trials of Life |
Alte animale pot folosi tehnici de tragere similare atunci când migrează. Homarii , de exemplu, migrează în formarea unui singur fișier „trenuri homar”, uneori pe sute de mile.
Marea Mediterană și alte mări prezintă un obstacol major în calea păsărilor care trebuie să treacă în cele mai înguste puncte. Un număr masiv de rapitori mari și berze trec prin zone precum Gibraltar , Falsterbo și Bosfor în perioadele de migrație. Specii mai frecvente, cum ar fi buza de miere europeană , pot fi numărate în sute de mii toamna. Alte bariere, cum ar fi lanțurile montane, pot provoca, de asemenea, canalizarea, în special a migranților diurni mari. Acesta este un factor notabil în blocajul migrației din America Centrală . Această concentrație de păsări în timpul migrației poate pune speciile în pericol. Unii migranți spectaculoși au dispărut deja, cel mai notabil fiind porumbelul pasager . În timpul migrației, efectivele aveau o lățime de 1,6 km și o lungime de 500 km, aveau nevoie de câteva zile pentru a trece și conținând până la un miliard de păsări.
viața marină
Peşte
| Imagine externă | |
|---|---|
|
Eficiența alimentării
|
Termenul „banc” poate fi folosit pentru a descrie orice grup de pești, inclusiv grupuri de specii mixte, în timp ce „școală” este folosit pentru grupuri mai strâns legate din aceeași specie care înoată într-un mod extrem de sincronizat și polarizat.
Peștele obține numeroase beneficii din comportamentul de împiedicare, inclusiv apărarea împotriva prădătorilor (printr-o mai bună detectare a prădătorilor și prin diluarea șanselor de captură), un succes sporit de hrănire și un succes mai mare în găsirea unui partener. Este, de asemenea, probabil ca peștii să beneficieze de apartenența la bancuri prin creșterea eficienței hidrodinamice .
Peștii folosesc multe trăsături pentru a alege shoalmates. În general, preferă grămezi mai mari, shoalmates din propria lor specie, shoalmates similare ca dimensiune și aspect la ei înșiși, pești sănătoși și rude (atunci când sunt recunoscuți). „Efectul ciudățeniei” susține că orice membru al bancului care se remarcă în aparență va fi vizat preferențial de prădători. Acest lucru poate explica de ce peștii preferă să se îmbolnăvească cu indivizi care seamănă cu ei. Efectul ciudățeniei ar avea astfel tendința de a omogeniza grădinile.
Un aspect nedumeritor al selecției șoldurilor este modul în care un pește poate alege să se alăture unui șold de animale similare lor, dat fiind că nu își poate cunoaște propriul aspect. Experimentele cu peștele zebră au arătat că preferința pentru banc este o abilitate învățată, nu înnăscută. Un zebră tinde să se asocieze cu grămezi care seamănă cu grămezi în care a fost crescut, o formă de imprimare .
Alte întrebări deschise ale comportamentului de împărțire includ identificarea indivizilor care sunt responsabili de direcția mișcării depășirii. În cazul mișcării migratoare , majoritatea membrilor unui banc par să știe unde se îndreaptă. În cazul comportamentului de hrănire, grămezi captive de luciu auriu (un fel de minuscul ) sunt conduse de un număr mic de indivizi cu experiență care știau când și unde erau disponibile hrana.
Radakov a estimat că școlile de hering din Atlanticul de Nord pot ocupa până la 4,8 kilometri cubi cu o densitate a peștilor cuprinsă între 0,5 și 1,0 pești / metru cub. Sunt câteva miliarde de pești într-o singură școală.
- Partridge BL (1982) „Structura și funcția școlilor de pește” Scientific American , iunie: 114–123.
- Parrish JK, Viscido SV, Grunbaum D (2002). „Școli autoorganizate de pește: o examinare a proprietăților emergente” (PDF) . Biol. Taur . 202 (3): 296-305. CiteSeerX 10.1.1.116.1548 . doi : 10.2307 / 1543482 . JSTOR 1543482 . PMID 12087003 . S2CID 377484 .
Migrația peștilor
| Imagine externă | |
|---|---|
|
Clip video al "Sardine run"
|
Între mai și iulie, un număr mare de sardine apar în apele reci ale malului Agulhas și apoi urmează un curent de apă rece spre nord, de-a lungul coastei de est a Africii de Sud. Această mare migrație, numită cursă de sardină , creează frenezii spectaculoase de hrănire de-a lungul coastei, pe măsură ce prădătorii marini, cum ar fi delfinii, rechinii și sulițele, atacă școlile.
Krill
Majoritatea krilului , crustacee mici asemănătoare creveților , formează roiuri mari, ajungând uneori la densități de 10.000–60.000 de animale individuale pe metru cub. Roirea este un mecanism defensiv, care încurcă prădătorii mai mici care ar dori să aleagă indivizi singuri. Cele mai mari roiuri sunt vizibile din spațiu și pot fi urmărite prin satelit. S-a observat că un roi acoperă o suprafață de 450 de kilometri pătrați (175 mile pătrate) de ocean, la o adâncime de 200 de metri (650 de picioare) și se estimează că conține peste 2 milioane de tone de krill. Cercetări recente sugerează că krilul nu derivă pur și simplu pasiv în aceste curente, ci le modifică de fapt. Krillul urmează de obicei o migrație verticală diurnă . Prin deplasarea verticală prin ocean pe un ciclu de 12 ore, roiurile joacă un rol major în amestecarea apei mai adânci, bogate în nutrienți, cu apă săracă în nutrienți la suprafață. Până nu demult, se presupunea că petrec ziua la adâncimi mai mari și se ridică noaptea spre suprafață. S-a constatat că, cu cât merg mai adânc, cu atât își reduc mai mult activitatea, aparent pentru a reduce întâlnirile cu prădătorii și pentru a conserva energia.
Lucrările ulterioare au sugerat că activitatea de înot în krill variază în funcție de plenitudinea stomacului. Animalele sățioase care se hrăniseră la suprafață înoată mai puțin activ și, prin urmare, se scufundă sub stratul mixt. Pe măsură ce se scufundă, produc fecale, ceea ce poate însemna că au un rol important de jucat în ciclul carbonului din Antarctica. S-a descoperit că krilul cu stomacul gol înoată mai activ și, astfel, se îndreaptă spre suprafață. Aceasta implică faptul că migrația verticală poate fi o apariție bi-sau tri-zilnică. Unele specii formează roiuri de suprafață în timpul zilei pentru hrănire și reproducere, chiar dacă un astfel de comportament este periculos, deoarece le face extrem de vulnerabile la prădători. Roiurile dense pot provoca o frenezie de hrănire printre pești, păsări și prădători de mamifere, în special în apropierea suprafeței. Atunci când deranjat, au fost observate chiar și un roi risipește, iar unele persoane să năpârli instantaneu, lăsând exuvia spatele ca momeală. În 2012, Gandomi și Alavi au prezentat ceea ce pare a fi un algoritm stocastic de succes pentru modelarea comportamentului roiurilor de krill. Algoritmul se bazează pe trei factori principali: „(i) mișcarea indusă de prezența altor indivizi (ii) activitate de hrănire și (iii) difuzie aleatorie”.
Copepode
Copepodele sunt un grup de crustacee minuscule găsite în mare și lacuri. Multe specii sunt planctonice (în derivă în apele mării), iar altele sunt bentice (trăiesc pe fundul oceanului). Copepodele au de obicei 1 până la 2 milimetri (0,04 până la 0,08 in) lungime, cu un corp în formă de lacrimă și antene mari . Deși, la fel ca alți crustacei, au un exoschelet blindat , sunt atât de mici încât la majoritatea speciilor această armură subțire și întregul corp este aproape total transparentă. Copepodele au un ochi unic compus, median, de obicei roșu aprins, în centrul capului transparent.
Copepodele roiesc și ele. De exemplu, roiurile monospecifice au fost observate în mod regulat în jurul recifelor de corali și iarbă de mare și în lacuri. Densitățile roiurilor erau de aproximativ un milion de copepode pe metru cub. Roiurile tipice aveau un diametru de unul sau doi metri, dar unele depășeau 30 de metri cubi. Copepodele au nevoie de contact vizual pentru a se menține împreună și se dispersează noaptea.
Primăvara produce flori de fitoplancton roșu care oferă hrană copepodelor. Copepodele planctonice sunt de obicei membrii dominanți ai zooplanctonului și sunt la rândul lor organisme alimentare importante pentru multe alte animale marine. În special, copepodele sunt prada pentru hrănirea peștilor și a meduzelor , ambele putându- se asambla în roiuri vaste, de milioane. Unele copepode au răspunsuri de evadare extrem de rapide atunci când se simte un prădător și poate sări cu viteză mare peste câțiva milimetri (vezi imaginea animată de mai jos).
Foto: Școală de berbeci de hering care se hrănesc cu un roi de copepode.
Animație care arată cum vânătoarea de heringuri într-un mod sincronizat poate surprinde copepodul foarte alert și evaziv (faceți clic pentru a vedea).
Roiurile de meduze prădă și copepodele
Copepodele planctonice sunt importante pentru ciclul carbonului . Unii oameni de știință spun că formează cea mai mare biomasă animală de pe pământ. Ei concurează pentru acest titlu cu krilul antarctic . Din cauza dimensiunilor mai mici și a ratelor de creștere relativ mai rapide, totuși și pentru că sunt distribuite mai uniform în mai multe oceane ale lumii, copepodele contribuie aproape cu siguranță la productivitatea secundară a oceanelor lumii și la scufundarea carbonului oceanic global decât krill și poate mai mult decât toate celelalte grupuri de organisme împreună. În prezent, straturile de suprafață ale oceanelor sunt considerate a fi cel mai mare bazin de carbon din lume, absorbând aproximativ 2 miliarde de tone de carbon pe an, echivalentul a probabil o treime din emisiile de carbon umane , reducând astfel impactul acestora. Multe copepode planctonice se hrănesc lângă suprafață noaptea, apoi se scufundă în apă mai adâncă în timpul zilei pentru a evita prădătorii vizuali. Exoscheletele lor năpârlite, peletele fecale și respirația la adâncime aduc toate carbonul în adâncul mării.
Flori de alge
Multe organisme unicelulare numite fitoplancton trăiesc în oceane și lacuri. Atunci când sunt prezente anumite condiții, cum ar fi un nivel ridicat de nutrienți sau de lumină, aceste organisme se reproduc exploziv. Roiul dens rezultat de fitoplancton se numește înflorire algală . Florile pot acoperi sute de kilometri pătrați și sunt ușor de văzut în imaginile din satelit. Fitoplanctonul individual trăiește rareori mai mult de câteva zile, dar florile pot dura săptămâni.
Plantele
Oamenii de știință au atribuit comportament de roi plantelor de sute de ani. În cartea sa din 1800, Phytologia: or, Filozofia agriculturii și grădinăritului , Erasmus Darwin a scris că creșterea plantelor seamănă cu roiurile observate în alte părți ale naturii. În timp ce se referea la observații mai largi ale morfologiei plantelor și se concentra atât pe comportamentul rădăcinii, cât și pe cel al tragerilor, cercetări recente au susținut această afirmație.
Rădăcinile, în special, prezintă un comportament de roi observabil, crescând în modele care depășesc pragul statistic pentru probabilitatea aleatorie și indică prezența comunicării între vârfurile rădăcinii individuale. Funcția principală a rădăcinilor plantelor este absorbția nutrienților solului și acest scop este cel care determină comportamentul roiului. Plantele care cresc în imediata apropiere și-au adaptat creșterea pentru a asigura disponibilitatea optimă a nutrienților. Acest lucru se realizează prin creșterea într-o direcție care optimizează distanța dintre rădăcinile din apropiere, crescând astfel șansa lor de a exploata rezervele de nutrienți neexploatați. Acțiunea acestui comportament ia două forme: maximizarea distanței și repulsia de către vârfurile rădăcinii vecine. Zona de tranziție a vârfului rădăcinii este în mare parte responsabilă pentru monitorizarea prezenței hormonilor din sol, semnalând modele de creștere receptive, după caz. Răspunsurile plantelor sunt adesea complexe, integrând intrări multiple pentru a informa un răspuns autonom. Intrările suplimentare care informează creșterea roiului includ lumina și gravitația, ambele fiind, de asemenea, monitorizate în zona de tranziție a vârfului unei rădăcini. Aceste forțe acționează pentru a informa orice număr de rădăcini „principale” în creștere, care prezintă propriile lor eliberări independente de substanțe chimice inhibitoare pentru a stabili spațierea adecvată, contribuind astfel la un model de comportament de roi. Creșterea orizontală a rădăcinilor, fie ca răspuns la conținutul ridicat de minerale din sol, fie datorită creșterii stolonilor , produce o creștere ramificată care se stabilește să formeze, de asemenea, roiuri proprii de rădăcini independente.
Bacterii
Roirea descrie, de asemenea, grupări ale unor tipuri de bacterii prădătoare, cum ar fi mixobacteriile . Mixobacteriile roiesc împreună în „pachete de lupi”, mișcându-se activ folosind un proces cunoscut sub numele de alunecare bacteriană și menținându-se împreună cu ajutorul semnalelor moleculare intercelulare .
Mamifere
- Parrish JK, Edelstein-Keshet L (1999). „Complexitate, model și compromisuri evolutive în agregarea animalelor” (PDF) . Știință . 284 (5411): 99–101. Bibcode : 1999Sci ... 284 ... 99P . CiteSeerX 10.1.1.560.5229 . doi : 10.1126 / science.284.5411.99 . PMID 10102827 . Arhivat din original (PDF) la 20 iulie 2011.
oameni
| Imagini externe | |
|---|---|
|
Simulare val mexican
| |
|
Simulare de aplauze ritmice
|
O colecție de oameni poate prezenta, de asemenea, un comportament de roi, cum ar fi pietoni sau soldați care roiesc parapetele. La Köln, Germania, doi biologi de la Universitatea din Leeds au demonstrat un comportament asemănător turmei la oameni. Grupul de oameni a prezentat un model comportamental similar cu o turmă, în cazul în care dacă cinci la sută din turma ar schimba direcția, ceilalți ar urma. Dacă o persoană era desemnată ca prădător și toți ceilalți trebuiau să-l evite, turma se comporta foarte mult ca o școală de pești. Înțelegerea modului în care oamenii interacționează în mulțimi este importantă pentru ca managementul mulțimii să evite în mod eficient pierderile de pe terenurile de fotbal, concertele de muzică și stațiile de metrou.
Modelarea matematică a comportamentului de flocare este o tehnologie obișnuită și a găsit utilizări în animație. Simulările de flocaj au fost folosite în multe filme pentru a genera mulțimi care se mișcă realist. Batman Returns al lui Tim Burton a fost primul film care a folosit tehnologia roiului pentru redare, descriind realist mișcările unui grup de lilieci folosind sistemul boids . Trilogia filmului Lord of the Rings a folosit o tehnologie similară, cunoscută sub numele de Massive , în timpul scenelor de luptă. Tehnologia Swarm este deosebit de atractivă, deoarece este ieftină, robustă și simplă.
O simulare computerizată bazată pe furnici, care utilizează doar șase reguli de interacțiune, a fost de asemenea utilizată pentru a evalua comportamentul la îmbarcarea aeronavelor. Companiile aeriene au folosit, de asemenea, rutarea bazată pe furnici pentru a aloca sosirile aeronavelor la porțile aeroportului. Un sistem de linii aeriene dezvoltat de Douglas A. Lawson folosește teoria roiului sau inteligența roiului - ideea că o colonie de furnici funcționează mai bine decât una singură. Fiecare pilot acționează ca o furnică care caută cea mai bună poartă a aeroportului. „Pilotul învață din experiența sa ce este mai bun pentru el și se dovedește că aceasta este cea mai bună soluție pentru compania aeriană”, explică Lawson. Drept urmare, „colonia” de piloți merge întotdeauna la porți unde pot ajunge și pleca repede. Programul poate chiar avertiza un pilot cu privire la copiile de rezervă ale avionului înainte ca acestea să se întâmple. „Putem anticipa că se va întâmpla, așa că vom avea o poartă disponibilă”, spune Lawson.
Comportamentul roiului apare și în dinamica fluxului de trafic , cum ar fi valul de trafic . Traficul bidirecțional poate fi observat pe traseele furnicilor . În ultimii ani, acest comportament a fost cercetat pentru o perspectivă asupra modelelor pietonale și de trafic. Simulările bazate pe modele pietonale au fost, de asemenea, aplicate mulțimilor care se prăbușesc din cauza panicii.
Comportamentul turmei în marketing a fost folosit pentru a explica dependențele comportamentului reciproc al clienților. The Economist a raportat o conferință recentă la Roma cu privire la simularea comportamentului uman adaptativ. A împărtășit mecanisme pentru a crește impulsul de cumpărare și a determina oamenii să „cumpere mai mult jucând pe instinctul de turmă”. Ideea de bază este că oamenii vor cumpăra mai multe produse despre care se pare că sunt populare și sunt menționate mai multe mecanisme de feedback pentru a obține informații despre popularitatea produselor către consumatori, inclusiv tehnologia cardurilor inteligente și utilizarea tehnologiei etichetei de identificare a frecvenței radio . Un model de „mișcare de roi” a fost introdus de un cercetător al Institutului de Tehnologie din Florida , care face apel la supermarketuri, deoarece poate „crește vânzările fără a fi nevoie să acorde oamenilor reduceri”.
- Helbing D, Keltsch J, Molnar P (1997). „Modelarea evoluției sistemelor de trasee umane”. Natura . 388 (6637): 47-50. arXiv : cond-mat / 9805158 . Cod Bib : 1997Natur.388 ... 47H . doi : 10.1038 / 40353 . PMID 9214501 . S2CID 4364517 .
- Helbing D, Farkas I, Vicsek T (2000). "Simularea caracteristicilor dinamice ale panicii de evadare". Natura . 407 (6803): 487–490. arXiv : cond-mat / 0009448 . Cod Bib : 2000Natur.407..487H . doi : 10.1038 / 35035023 . PMID 11028994 . S2CID 310346 .
- Helbing D, Farkas IJ, Vicsek T (2000). „Congelarea prin încălzire într-un sistem mezoscopic acționat”. Scrisori de revizuire fizică . 84 (6): 1240–1243. arXiv : cond-mat / 9904326 . Bibcode : 2000PhRvL..84.1240H . doi : 10.1103 / PhysRevLett.84.1240 . PMID 11017488 . S2CID 18649078 .
Robotica
Aplicarea principiilor roiului la roboți se numește robotica roiului , în timp ce inteligența roiului se referă la setul mai general de algoritmi.
| Videoclip extern | |
|---|---|
|
A Swarm of Nano Quadrotors - YouTube
| |
|
Martie a roboților microscopici Nature Video, YouTube
|
Inspirați parțial de coloniile de insecte, cum ar fi furnicile și albinele, cercetătorii modelează comportamentul roiurilor de mii de mici roboți care împreună îndeplinesc o sarcină utilă, cum ar fi găsirea a ceva ascuns, curățarea sau spionajul. Fiecare robot este destul de simplu, dar comportamentul emergent al roiului este mai complex. Întregul set de roboți poate fi considerat ca un singur sistem distribuit, în același mod în care o colonie de furnici poate fi considerată un superorganism , prezentând inteligență de roi . Cel mai mare roi creat până acum este robotul 1024 Kilobot roi. Alte roiuri mari includ roiul iRobot , proiectul SRI International / ActivMedia Robotics Centibots și roiul Open-source Micro-robotic Project, care sunt folosite pentru cercetarea comportamentelor colective. Roiurile sunt, de asemenea, mai rezistente la eșec. În timp ce un robot mare poate eșua și distruge o misiune, un roi poate continua chiar dacă mai mulți roboți eșuează. Acest lucru le-ar putea face atractive pentru misiunile de explorare spațială, unde eșecul este în mod normal extrem de costisitor. Pe lângă vehiculele terestre, robotica roiurilor include și cercetarea roiurilor de roboți aerieni și a echipelor eterogene de vehicule terestre și aeriene.
Militar
Roirea militară este un comportament în care unitățile de acțiune autonome sau parțial autonome atacă un inamic din mai multe direcții diferite și apoi se regrupează. Pulsarea , unde unitățile deplasează punctul de atac, este, de asemenea, o parte a roiului militar. Roirea militară implică utilizarea unei forțe descentralizate împotriva unui adversar, într-un mod care subliniază mobilitatea, comunicarea, autonomia unității și coordonarea sau sincronizarea. În mod istoric, forțele militare au folosit principiile roiului fără a le examina în mod explicit, dar acum cercetările active examinează în mod conștient doctrinele militare care trag idei din roire.
Doar pentru că mai multe unități converg către o țintă, nu sunt neapărat roiți. Operațiunile de asediu nu implică roi, deoarece nu există nicio manevră; există convergență, dar pe fortificația asediată. Nici ambuscadele de gherilă nu constituie roiuri, deoarece sunt „lovite și fugite”. Chiar dacă ambuscada poate avea mai multe puncte de atac asupra inamicului, gherilele se retrag atunci când fie au provocat daune adecvate, fie când sunt puse în pericol.
În 2014, Biroul de Cercetări Navale al SUA a lansat un videoclip care prezintă teste ale unui roi de bărci mici de atac cu drone, care pot conduce și lua măsuri ofensive coordonate ca grup.
Galerie
Un roi de heringi care migrează
Un roi de albine
Salpele aranjate în lanțuri formează roiuri uriașe.
Oamenii care roiesc printr-o ieșire nu se comportă întotdeauna ca un fluid.
Un roi de gărgărițe
Un roi de roboți
Un roi de stele antice
Mituri
- Există un mit popular, potrivit căruia lemmingii se sinucid în masă roiind de pe stânci atunci când migrează. Conduse de impulsuri biologice puternice, unele specii de lemni pot migra în grupuri mari atunci când densitatea populației devine prea mare. Lemmingii pot înota și pot alege să traverseze un corp de apă în căutarea unui nou habitat. În astfel de cazuri, mulți se pot îneca dacă corpul de apă este atât de larg încât să-și întindă capacitatea fizică la limită. Acest fapt combinat cu unele fluctuații inexplicabile ale populației lemmingilor norvegieni au dat naștere mitului.
- Piranha are reputația de pește neînfricat care roiește în haite feroce și prădătoare. Cu toate acestea, cercetările recente, care au început „cu premisa că școlarizează ca mijloc de vânătoare cooperativă”, au descoperit că erau de fapt pești destul de înfricoșători, la fel ca alți pești, care școlarizau pentru protecție împotriva prădătorilor lor, cum ar fi cormoranii, caimanii și delfinii. Un cercetător le-a descris ca „practic ca pești obișnuiți cu dinți mari”.
Vezi si
- Materia activă
- Roi Dyson
- Lista substantivelor colective în engleză
- Jubileul Mobile Bay
- Ciclul populației
- Roi (simulare)
- Stare Swirlonic - recent (2020) a recunoscut starea nouă a particulelor autopropulsate
- Val de trafic
Referințe
Surse
- Blum C și Merkle D (2008) Swarm intelligence: introducere și aplicații Springer. ISBN 978-3-540-74088-9 .
- Camazine S, Deneubourg JL, Franks NR , Sneyd J, Theraulaz G și Bonabeau E (2003) Self-Organization in Biological Systems Princeton University Press. ISBN 978-0-691-11624-2 .
- Fisher L (2009) Roiul perfect: știința complexității în viața de zi cu zi Cărți de bază. ISBN 978-0-465-01884-0 .
- Kennedy JF, Kennedy J, Eberhart RC și Shi Y (2001) Swarm intelligence Morgan Kaufmann. ISBN 978-1-55860-595-4 .
- Krause, J (2005) Trăind în grupuri Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850818-2
- Lim CP, Jain LC și Dehuri S (2009) Inovații în Swarm Intelligence Springer. ISBN 978-3-642-04224-9 .
- Miller, Peter (2010) The Smart Swarm: Cum înțelegerea turmelor, școlilor și coloniilor ne poate face mai buni la comunicare, la luarea deciziilor și la realizarea lucrurilor Penguin, ISBN 978-1-58333-390-7
- Nedjah N și Mourelle LdM (2006) Sisteme inteligente Swarm Springer. ISBN 978-3-540-33868-0 .
- Sumpter, David JT (2010) Comportamentul colectiv al animalelor Princeton University Press. ISBN 978-0-691-14843-4 .
- Vicsek A, Zafeiris A (2012). „Mișcare colectivă”. Rapoarte de fizică . 517 (3-4): 71-140. arXiv : 1010.5017 . Bibcode : 2012PhR ... 517 ... 71V . doi : 10.1016 / j.physrep.2012.03.004 . S2CID 119109873 .
