В основе передвижения муравьев лежит математическая модель

В основе передвижения муравьев лежит математическая модель

Когда муравьи отправляются на поиски пищи, они коллективно выбирают маршруты в соответствии со статистическим распределением вероятностей. К такому выводу пришли математики, изучавшие поведение аргентинских муравьев. Ученые долгое время пытаются объяснить, как стаи птиц, косяки рыб, колонны муравьев и другие сложные естественные системы организуются, когда передвигаются вместе. Пытаясь решить эту проблему, ученые из Испании и США проанализировали передвижения аргентинских муравьев (Linepithema humile, один из самых опасных видов, распространенный по всему миру), когда они ели или исследовали пустое пространство (чашку Петри), и предложили модель, объясняющую, как насекомые выбирают маршруты.

Ученые сначала наблюдали за отдельными муравьями, а затем за группами насекомых. Они записывали все передвижения муравьев и в результате обнаружили, что те меняли направление вовсе не случайно, а в соответствии с определенной математической моделью.

«Если точнее, модель передвижений муравьев — это сочетание распределений Гаусса и Парето, двух вероятностных функций, которые обычно используются в статистике. В данном случае они описывают, как много муравьев изменит направление с каждым шагом, и указывают, в каком направлении насекомые движутся», — объясняет Мария Вела Перес, исследователь из Европейского университета Мадрида, соавтор исследования.

Численное моделирование на компьютере показывает образование разветвленных моделей, очень похожих на те, что наблюдались в реальном эксперименте с перемещающимися в чашке Петри муравьями.

Результаты подобных исследований не только вызывают интерес специалистов, но и могут быть использованы в различных технологических областях. «Например, на основе полученных данных может быть разработана модель, которая ляжет в основу координации перемещений микро-роботов, очищающих загрязненные зоны или выполняющих другие задачи», — отмечает Вела Перес.

В ходе предыдущих исследований было установлено, что поиск еды муравьями определяют два фактора: «настойчивость» насекомых в следовании выбранному маршруту и нахождение знакомых мест по оставленному следу — феромонам.

Между тем немецкие и китайские ученые в результате совместного математического исследования выяснили, что группы муравьев используют стратегии навигации, разделяясь на «разведчиков» и «собирателей» во время сложных перемещений в поисках пищи, и обрабатывают информацию «гораздо эффективнее Google».

Похожие новости