堵车?蚂蚁:那是因为你们人类太自私了

2019年11月21日07时09分内容来源:果壳网

马路变成停车场,这种场景我们都不陌生,小到门口乱成一团的十字路口,大到节假日的高速公路巨型停车场。


日常的堵车场景 | 图虫创意


蚂蚁要是能看在眼里,估计会是一脸问号,因为它们真的搞不懂怎么会“堵车”呢


小时候蹲地上看蚂蚁就发现,密密麻麻的小蚂蚁总是来来往往,忙到完全停不下来这样高效的交通运输,或许可以供动不动就堵得水泄不通、寸步难行的人类交通参考一下。


不会“堵车”的蚂蚁交通 | 原子蚂蚁


道路逐渐拥挤,但是依旧畅通


蚂蚁真的不会堵车吗?美国亚利桑那州立大学与动物认知研究中心等机构的研究人员有点怀疑。于是,他们找来了好几个不同大小的蚁群,想看看会不会拥挤到某个程度,蚂蚁的交通也会瘫痪


他们在蚁巢和食物之间搭了一座桥,然后调整桥的宽度(分别为5、10和20毫米),控制蚂蚁的密度。实验发现,随着越来越多的蚂蚁不断涌上桥梁,密度不断增加,交通流量最初也跟着变大。但是密度到了一定程度之后,交通流量就基本稳定了,桥上哪怕布满了密密麻麻的蚂蚁,再怎么拥挤,蚂蚁还是照常一来一往的。


实验结果是,一次交通堵塞都没有。


在低密度的情况下,蚂蚁的密度与流量之间存在着一个明显的线性关系。而在高密度的情况下,流量保持不变——稳定的流量,保证了交通的畅通。 | 参考文献[1]


据统计,在人类交通里,当道路占用率高于0.4,也就是来往车辆占到道路面积的40%时,交通流量就开始下降,最后降为零——交通瘫痪。但是,蚂蚁的道路占用率就算高达0.8,流量也不会下降


“它们总能避免交通堵塞,”论文作者、亚利桑那州立大学研究生物系统数学模型的助理教授塞巴斯蒂安·莫奇(Sebastien Motsch)说道。


桥宽仅为5毫米的时候,蚂蚁的交通状况 | 参考文献[1]


你完全不用担心蚂蚁可能因为堵在路上而断粮。面对不同拥挤程度的道路,蚂蚁都能应付自如。不过,在密度不断增加的情况下,蚂蚁究竟是如何保持一个稳定的交通流量?


对此,研究人员把重点放在了蚂蚁的个体行为上,也就是每一只蚂蚁如何影响整个蚁群的交通。


每一只都是那么的自律、团结


研究人员观察了成千上万只蚂蚁通过桥梁时的情况,发现蚂蚁会根据道路的状况,相应地调整自己的速度


在密度还比较小,路上同伴不多的时候,蚂蚁会逐渐加快速度,直到交通流量达到最大值。密度一旦超过阈值,它们就开始放慢速度而且,蚂蚁似乎能够评估前方道路的拥挤程度,它们很有自知之明地不去拥挤的地方。


另外,一般来说,路上的行人、车辆越多,我们发生碰撞、摩擦的次数就越多。但蚂蚁并不会这样。在高密度的情况下,道路越来越挤,蚂蚁彼此之间的碰撞次数却可以保持不变而控制了碰撞次数,又能避免时间的浪费


调整各自的速度,控制碰撞的次数,减少时间的浪费……这近乎完美的交通管制,归功于每一只懂得调整自己行为的小蚂蚁。


密度增加时,流量、个体速度与碰撞次数的变化情况。

蓝线是蚂蚁,红线是人类 |Audrey Dussutour


我们的目标不一样

蚂蚁仍有参考价值


小蚂蚁们一只只的都这么努力,当然是有原因的。它们有一个共同的目标——群体的生存


为了最大化群体的觅食效率,蚂蚁必须约束并调整自己的行为,共同合作。至于蚂蚁自我调整的内在机制,该研究也不清楚。这些调整行为可能和信息素有关系,信息素会给其他蚂蚁传递信号,告诉它们道路的交通情况。


人类同样也挺努力的,不一样的是,我们努力的目标似乎只跟自己有关,尤其是在拥堵的路上,每个人都以自己的利益为先,变道,超车,加塞,抢行……大家都打着各自的小算盘,结果却是水泄不通的道路,每个人都被严严实实地堵在路上要教育人类为了改善目前的交通而学习蚂蚁,可能收效不大。


不过,自动驾驶汽车的设计或许可以参考下蚂蚁。小车们若能像蚂蚁一般擅长合作,顾及整体的交通效率,懂得约束自己的行动,不堵车的未来还是有希望的。


每个人都想自己先走,最后谁也走不了 | Giphy


对了,该研究采用的生物模型是阿根廷蚁Linepithema humile)。这是一种非常有名的入侵物种,被列为世界百大外来入侵种。


如此强劲的入侵和扩张,应该和它们“永不堵车”的交通分不开吧。


参考文献

[1]Poissonnier L A, Motsch S, Gautrais J, et al. Experimental investigation of ant traffic under crowded conditions[J]. eLife, 2019, 8.

[2]https://www.scientificamerican.com/podcast/60-second-science/


作者:Cloud

编辑:游识猷


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