درس بزرگ مورچه‌ها برای ربات‌های آینده

آیا تاحالا بخشی از یک پروژه گروهی بزرگ بوده‌اید؟ ممکن است با خودتان فکر کنید که هرچه افراد بیشتری درگیر یک پروژه تیمی شوند، کار سریع‌تر و بهتر پیش خواهد رفت. 

به گزارش خبرآنلاین، اما واقعیت این است که با اضافه شدن اعضای بیشتر، کارآیی هر فرد افزایش پیدا نمی‌کند و حتی ثابت هم نمی‌ماند؛ بلکه کاهش می‌یابد. به بیان ساده، «دست زیاد کار را سبک می‌کند، اما آشپز که زیاد شد، آش شور می‌شود.» 

این پدیده که به نام «اثر رینگلمن» شناخته می‌شود، اولین بار در قرن نوزدهم توسط یک مهندس فرانسوی به نام مکس رینگلمن کشف شد. او در یک مسابقه طناب‌کشی نیروی واردشده توسط دانشجویان را اندازه‌گیری کرد و متوجه شد هرچه افراد بیشتری به تیم اضافه شوند، گرچه مجموع نیرو افزایش می‌یابد اما تلاش فردی هر نفر کاهش پیدا می‌کند. 

این افت عملکرد به دو عامل اصلی برمی‌گردد: سختی هماهنگی در تیم‌های بزرگ و پدیده‌ای به نام «سستی اجتماعی»، یعنی کاهش تلاش فردی وقتی افراد در جمع احساس مسئولیت کمتری می‌کنند. 

اما در خیلی از گونه‌های جانوری (از ماهی‌هایی که زندگی گروهی دارند تا شیرها)، اوضاع برعکس انسان‌هاست و این موجودات در گروه‌های بزرگ همکاری موفقی دارند. اینجا این سؤال مطرح می‌شود که آیا این جانوران توانسته‌اند بر این افت کارایی غلبه کنند؟ 

اگر قرار باشد تنها یک حیوان چنین قابلیتی داشته باشد، بی‌شک مورچه‌ها هستند. در پژوهش جدیدی که در نشریه Current Biology منتشر شده، دانشمندان به بررسی این موضوع پرداختند که آیا مورچه‌های بافنده هنگام تشکیل زنجیره‌های کاری دچار اثر رینگلمن می‌شوند یا خیر. 

کار گروهی به سبک مورچه‌ها

مورچه‌ها قهرمانان همکاری دسته جمعی هستند. آن‌ها در گروه‌های میلیون‌نفری، با هماهنگی بی‌نظیری کارهای پیچیده را انجام می‌دهند و در میان گونه‌های مختلف مورچه‌ها، مورچه‌های بافنده نمونه منحصر به فردی هستند. 

این مورچه‌ها لانه‌های درختی‌شان را با کشیدن برگ‌های زنده و اتصال آن‌ها به کمک نخ‌های ابریشمی تولیدشده توسط لاروها می‌سازند. در این فرآیند، مورچه‌ها زنجیره‌های کششی تشکیل می‌دهند؛ بدین ترتیب که هر مورچه با آرواره‌اش کمر مورچه جلویی را می‌گیرد و همگی در یک جهت می‌کشند. 

دانشمندان در این مطالعه، برگ مصنوعی کاغذی‌ای را به دستگاه سنجش نیرو متصل کردند و مورچه‌ها را به تشکیل زنجیره برای کشیدن آن تشویق نمودند. به این ترتیب، نیروهای جمعی به‌صورت لحظه‌ای ثبت می‌شد. 

فرضیه اولیه این بود که با افزایش تعداد مورچه‌ها، نیروی فردی کاهش پیدا کند. این پیش‌بینی بر اساس مطالعات قبلی روی گونه‌های دیگر از جمله مورچه‌های آتشین بود که هنگام تشکیل توپ‌های چسبنده برای فرار از سیلاب‌ها مورد آزمایش قرار گرفتند و در آن آزمایش مشخص شد که نیروی هر یک از مورچه‌های آتشین در گروه‌های بزرگ‌تر، کمتر می‌شود. 

اما برخلاف انتظار، نتایج بررسی بر روی مورچه‌های بافنده نشان داد که با افزایش تعداد، نه‌تنها نیروی کلی بیشتر شد، بلکه نیروی هر مورچه نیز افزایش یافت. به‌عبارت‌دیگر، این مورچه‌ها با افزایش تعداد، کارآمدتر شدند. به همین دلیل پژوهشگران آن‌ها را فوق کارآمد توصیف کردند. 

تقسیم کار در زنجیره‌های مورچه‌ای

راز این فوق کارآمدی صرفاً اضافه شدن تعداد مورچه‌های بیشتر نیست. دانشمندان متوجه شدند که نحوه آرایش مورچه‌های بافنده در زنجیره اهمیت زیادی دارد؛ بدین ترتیب که زنجیره‌های بلند و یکپارچه بهترین عملکرد را داشتند. 

درعین‌حال مشخص شد که وضعیت بدنی مورچه‌ها بسته به جایگاهشان متفاوت است: 

مورچه‌های عقبی پاهای عقبی خود را کشیده و به‌نوعی نقش مقاوم منفعل را ایفا می‌کنند. 

مورچه‌های جلویی و میانی در حالت خمیده قرار می‌گیرند که نشانه کشیدن فعال است. 

این الگو نشان‌دهنده نوعی تقسیم کار در زنجیره‌هاست. پژوهشگران مکانیزمی را پیشنهاد کردند که آن را «چرخ‌دنده نیرو» نامیدند. به باور آن‌ها، ضعیف‌ترین بخش زنجیره، محل اتصال مورچه‌ها به زمین است و نه محل اتصال آن‌ها به یکدیگر. مورچه‌های عقبی با ایجاد اصطکاک بیشتر، از لغزش جلوگیری می‌کنند و این امکان را به مورچه‌های جلویی می‌دهند که نیروی بیشتری تولید کرده و این نیرو را در طول زنجیره انتقال دهند. 

وقتی بیشتر، واقعاً بهتر است

این یافته‌ها، نوعی چالش در برابر تصور رایج اثر رینگلمن به نظر می‌رسد. در حقیقت، مورچه‌های بافنده نشان می‌دهند که گاهی تعداد بیشتر، نه‌تنها به معنای افت کارایی نیست، بلکه ممکن است به بازدهی فوق‌العاده‌ای منجر شود. 

این کشف می‌تواند در حوزه‌های مختلفی از جمله روباتیک خودکار پیامدهای گسترده‌ای داشته باشد؛ در رباتیک دسته‌جمعی، گروهی از ربات‌های کوچک و ارزان طراحی می‌شوند تا با همکاری وظایفی را انجام دهند که فراتر از توانایی یک ربات منفرد است. اما تا به امروز عملکرد آن‌ها تنها در حد مقیاس خطی بوده: دو برابر کردن تعداد ربات‌ها فقط دو برابر خروجی ایجاد می‌کند. 

اما حالا و با الهام از مکانیزم مورچه‌های بافنده، می‌توان ربات‌هایی طراحی کرد که کارایی آن‌ها نه‌تنها کاهش نیابد بلکه با افزایش تعداد، فراتر از مجموع اجزا شود. یعنی این مورچه‌ها نشان می‌دهند که گاهی در کار گروهی، شاید بیشتر واقعاً بهتر باشد؛ شاید اگر مورچه‌ها آشپز بودند، بهترین آش دنیا را می‌پختند.