1. oldal
Az elsősorban Közép- és Dél-Amerikában honos vándorhangyák (Eciton) életük nagy részét mozgásban töltik. Sok más hangyafajjal ellentétben nincs állandó otthonuk, hanem menetoszlopba szerveződve járják az erdőt más rovarok lárvái után kutatva. A nomád fázisban az egész kolónia útra kel, és a százezer fős sereg lárváit magával cipelve kutat eleség után. Amikor aztán eljön a bebábozódás ideje, a boly tagjai saját testükből formálnak fészket a királynő és a bábok körül. A királynő ekkor rakja le petéit, és amikor a lárvák három hét elteltével kikelnek, a kolónia újabb, nagyjából két hetes vándorútra indul, hogy táplálékot keressen az új generáció tagjainak.
A gigantikus hangyasereg előtt nincs akadály, és még az útjukba kerülő hasadékok sem jelentenek problémát a kolónia tagjai számára, mivel ha úgy adódik, a hangyák saját testükből építenek hidat annak érdekében, hogy ne kelljen kerülőutat tenniük. Ez a hídépítés annál inkább lenyűgöző, mivel mindenféle központi irányítás nélkül, villámgyorsan zajlik, rendkívüli módon felgyorsítva a kolónia előre haladását.
A Princeton Egyetem és a New Jersey-i Műszaki Intézet kutatói az elsők között vizsgálták, hogyan is jönnek létre az élő hidak, és a kutatás során kiderült, hogy az építmények megalkotása sokkal összetettebb folyamat, mint amilyennek első pillantásra látszik. A hidak létrehozása során megnyilvánuló magas szintű kollektív intelligencia pedig egészen új megvilágításba helyezi az állatok viselkedését. Ha ezt a fajta intuitív együttműködést sikerülne reprodukálni, az fontos előrelépést jelentene a robotika területén, mondják a szakértők.
A kutatók az Eciton hamatum nevű faj tagjait tanulmányozták, és megállapították, hogy a hangyák külső irányítás nélkül, mégis egyetlen, jól működő gépezet részeiként mozogva hozzák létre építményeiket, miközben folyamatosan szem előtt tartják a kolónia érdekeit is. Csak akkor formálnak ugyanis hidat az adott rés felett, ha az építmény létrehozása nem von el túlságosan sok dolgozót a táplálékgyűjtéstől, illetve a lárvák cipelésétől, egyéb esetben pedig inkább megkerülik az akadályt.
A hangyák kollektív számításokat végeznek el, és ezek eredményeként képesek megítélni, hogy az egész kolónia szintjén megengedhetik-e maguknak, hogy bizonyos számú hangyát építsenek bele a hídba, amelyek így erre az időre kiesnek a cipekedésből, mondja Matthew Lutz, a kutatás eredményeiről beszámoló tanulmány egyik szerzője. „A döntést nem egyetlen hangya hozza meg, hanem a teljes kolónia együttesen végzi el a számítást” ‒ folytatja a kutató, aki szerint ez a fajta költség-haszon elemzési keretrendszer más állatcsoportok viselkedésének vizsgálatára is alkalmazható lehet.
A korábbi vizsgálatok azt mutatták meg, hogy az egyes egyedek tapasztalati alapon mérlegelik, hogy belemenjenek-e bizonyos helyzetekbe, mondja Iain Couzin, a tanulmány társszerzője, a Princeton vendégkutatója, a Max Planck Madártani Intézet igazgatója. A mostani kutatás pedig azt világítja meg, hogyan válnak nagyobb csoportokban ezek az egyéni döntések csoportos viselkedéssé. A hídépítés során minden hangya csak saját közvetlen környezetével van tisztában, mégis kiválóan működnek együtt.
„Nem tudják hány másik hangya alkotja rajtuk kívül a hidat, és az aktuális forgalmi helyzettel sincsenek tisztában. Csak a lokális kapcsolódásokat, és a közvetlenül felettük mozgó más hangyákat érzékelik” ‒ mondja Couzin. Ennek ellenére néhány egyszerű szabályt betartva kollektív módon addig alakítják a szerkezetet, amíg az a legjobban megfelel az adott kondícióknak. Annak megértése, hogy egy csapatnyi teljesen vak hangya hogyan képes erre, teljesen megváltoztathatja a természet önszerveződő struktúráiról kialakult képet, véli a kutató.
A hangyakolóniák viselkedését már korábban is használták olyan algoritmusok mintájaként, amelyek a telekommunikációban vagy éppen a közlekedésben használatosak, mondja Chris Reid ausztrál kutató, a tanulmány egyik szerzője. A hangyák kiváló példáját adják a kollektív intelligenciának, vagyis hogy egyéni interakciókból hogyan állhat össze koordináltnak tűnő csoportos viselkedés. A hídépítésen pedig nagyon jól vizsgálható, hogy mindez hogyan működik a valóságban.
2. oldal
Lutz és Reid egy rámpákkal és nyitható réssel rendelkező szerkezet segítségével vizsgálta a hangyák hídépítő stratégiáját. A struktúrát panamai erdőkben élő kolóniák aktív útvonalain helyezték el, a hangyák által kémiai úton előzőleg megjelölt levelek és gallyak felhasználásával terelve a bolyt a kívánt irányba. A kutatók különböző résméretek mellett vizsgálták a hídépítés menetét, és azt is tanulmányozták, hogy mekkora utat spórolnak meg az egyes esetekben az állatok a híd létrehozásával.
A szakértők korábban úgy hitték, hogy a vándorhangyák hídjai statikus szerkezetek, azzal kapcsolatban pedig csak találgattak, hogyan jönnek létre ezek a struktúrák a hangyák testéhez képest óriásinak tűnő hasadékok fölött, minthogy folyamatában eddig senki sem vizsgálta az „építkezést”. A mostani kísérletekből viszont kiderült, hogy a hidak menet közben jelentősen átalakulnak: az állatok mindig a rés legkeskenyebb részén kezdik meg az építkezést, majd lassan, oldalirányba bővítve a struktúrát egyre odébb tolják a hidat, hogy az minél közelebb essen a kolónia fő haladási útvonalához. Így a nagy tömegeknek egyre kisebb kitérőt kell tenniük a híd elérése érdekében. Ha viszont túlságosan szélesre nyílik a rés, egy ponton túl nem tolódik tovább a híd, mivel gazdaságosabb lesz kolóniának egy kisebb kitérőt tennie az hídig, mint még több állatot beleépíteni az egyre hosszabb szerkezetbe.
Lenyűgöző, hogyan születik rendkívül nagyon elegáns megoldás egy kolóniaszintű problémára az egyes egyedek interakciói révén, amelyek szigorúan csak helyi információkkal rendelkeznek, mondja Reid. A hangyák által alkalmazott szabályokra alapozva, vagyis hogy az állatok mikor kezdeményeznek építkezést, mikor csatlakoznak a készülő szerkezethez, vagy éppen mikor hagyják el a struktúrát, olyan egyszerű robotokból álló „bolyokat” lehetne létrehozni, amelyek a rovarokhoz hasonlóan képesek hidak vagy más építmények megalkotására, folytatja a kutató.
Ezek a robothidak a hangyák építményeinek minden előnyével rendelkeznének, vagyis tökéletesen alkalmazkodnának a helyi körülményekhez, folyamatos optimalizálódásra lennének képesek alakjuk és pozíciójuk tekintetében, ráadásul gyorsan épülnének és bontódnának, mondja Reid. Egy ilyen robotraj nagyon hasznos lenne például természeti csapások vagy más katasztrófák idején, hiszen segítségükkel építőanyagok nélkül lehetne ideiglenes hidakat verni a mentőalakulatok vagy a menekülők számára.
Radhika Nagpal, a Harvard robotokat és önszervező biológiai rendszereket tanulmányozó számítástechnika professzora szerint a kutatás eredményei egy nagyon alapvető dologra mutatnak rá a komplex természetes struktúrák kialakulásával kapcsolatban. Az egyes állatok egymás döntéseihez igazodva használható építményt hoznak létre, annak ellenére, hogy külön-külön egyikük sincs tisztában a rés nagyságával vagy azzal, hogyan halad a kolónia az átkeléssel.
„A cél előzetesen nem ismert, hanem csak lassan alakul ki, ahogy kollektíva folyamatosan a környezeti faktorokhoz igazítja megoldását” ‒ mondja Nagpal, aki nem vett részt a kutatásban. A vizsgálat tehát rávilágít arra, milyen hihetetlen potenciál rejtőzik az olyan rendszerekben, amelyek kizárólag az egyéni interakciókra támaszkodnak, és ilyen módon válnak képessé hálózati szinten az alkalmazkodásra és a mérlegelésre. Ahogy Nagpal is mondja, egyre nagyobb igény van olyan robotikus rendszerekre, amelyek egyszerű felépítésű egységekből állnak, és önmagukban nem sok mindenre képesek, együttesen viszont olyan összetett feladatokat is meg tudnak oldani, és a megoldást a körülményekhez igazítani, amelyekre egy komplex, specializálódott robot nem lenne alkalmas.
A hangyák által áthidalt rések emberi szemmel nézve nagyon aprók, mindössze néhány centiméteresek. Ez ugyanakkor hangyaléptékben 10‒20 hangyahosszt is jelenthet, vagyis a naponta többször megépülő, több ezer hangya átkelését biztosító hidak olyan távolságokon ívelnek át, amely egyetlen állat számára legyőzhetetlen akadályt jelentene. Ezen hidak révén jelentős energiákat spórol meg a kolónia, hiszen egyszerre rengeteg egyed számára teszik lehetővé a távolság lerövidítését, mondja Lutz.
A stratégia a jelek szerint bevált, hiszen az Eciton hamatum tagjai nagy sikerrel alkalmazzák hatalmas kolóniáik mozgatása során. Ugyanakkor nagyon is egyedi megoldásról van szó, mert bár más hangyafajok is akadnak, amelyek képesek összetett struktúrákat létrehozni testükből, egyikük életének sem képezi olyan szerves részét a hídépítés, mint ami a vándorhangyák esetében megfigyelhető.
