馬路變成停車場,這種場景我們都不陌生,小到門口亂成一團的十字路口,大到節假日的高速公路巨型停車場。
螞蟻要是能看在眼裡,估計會是一臉問號,因為它們真的搞不懂怎麼會“堵車”呢。
小時候蹲地上看螞蟻就發現,密密麻麻的小螞蟻總是來來往往,忙到完全停不下來。這樣高效的交通運輸,或許可以供動不動就堵得水洩不通、寸步難行的人類交通參考一下。
道路逐漸擁擠,但是依舊暢通
螞蟻真的不會堵車嗎?美國亞利桑那州立大學與動物認知研究中心等機構的研究人員有點懷疑。於是,他們找來了好幾個不同大小的蟻群,想看看會不會擁擠到某個程度,螞蟻的交通也會癱瘓。
他們在蟻巢和食物之間搭了一座橋,然後調整橋的寬度(分別為5、10和20毫米),控制螞蟻的密度。實驗發現,隨著越來越多的螞蟻不斷湧上橋樑,密度不斷增加,交通流量最初也跟著變大。但是密度到了一定程度之後,交通流量就基本穩定了,橋上哪怕佈滿了密密麻麻的螞蟻,再怎麼擁擠,螞蟻還是照常一來一往的。
實驗結果是,一次交通堵塞都沒有。
據統計,在人類交通裡,當道路佔用率高於0.4,也就是來往車輛佔到道路面積的40%時,交通流量就開始下降,最後降為零——交通癱瘓。但是,螞蟻的道路佔用率就算高達0.8,流量也不會下降。
“它們總能避免交通堵塞,”論文作者、亞利桑那州立大學研究生物系統數學模型的助理教授塞巴斯蒂安·莫奇(Sebastien Motsch)說道。
你完全不用擔心螞蟻可能因為堵在路上而斷糧。面對不同擁擠程度的道路,螞蟻都能應付自如。不過,在密度不斷增加的情況下,螞蟻究竟是如何保持一個穩定的交通流量?
對此,研究人員把重點放在了螞蟻的個體行為上,也就是每一隻螞蟻如何影響整個蟻群的交通。
每一隻都是那麼的自律、團結
研究人員觀察了成千上萬只螞蟻通過橋樑時的情況,發現螞蟻會根據道路的狀況,相應地調整自己的速度。
在密度還比較小,路上同伴不多的時候,螞蟻會逐漸加快速度,直到交通流量達到最大值。而密度一旦超過閾值,它們就開始放慢速度。而且,螞蟻似乎能夠評估前方道路的擁擠程度,它們很有自知之明地不去擁擠的地方。
另外,一般來說,路上的行人、車輛越多,我們發生碰撞、摩擦的次數就越多。但螞蟻並不會這樣。在高密度的情況下,道路越來越擠,
螞蟻彼此之間的碰撞次數卻可以保持不變。而控制了碰撞次數,又能避免時間的浪費。調整各自的速度,控制碰撞的次數,減少時間的浪費……這近乎完美的交通管制,歸功於每一隻懂得調整自己行為的小螞蟻。
密度增加時,流量、個體速度與碰撞次數的變化情況。
藍線是螞蟻,紅線是人類 | Audrey Dussutour
我們的目標不一樣
螞蟻仍有參考價值
小螞蟻們一隻只的都這麼努力,當然是有原因的。它們有一個共同的目標——群體的生存。
為了最大化群體的覓食效率,螞蟻必須約束並調整自己的行為,共同合作。至於螞蟻自我調整的內在機制,該研究也不清楚。這些調整行為可能和信息素有關係,信息素會給其他螞蟻傳遞信號,告訴它們道路的交通情況。
人類同樣也挺努力的,不一樣的是,我們努力的目標似乎只跟自己有關,尤其是在擁堵的路上,每個人都以自己的利益為先,變道,超車,加塞,搶行……大家都打著各自的小算盤,結果卻是水洩不通的道路,每個人都被嚴嚴實實地堵在路上。要教育人類為了改善目前的交通而學習螞蟻,可能收效不大。
不過,自動駕駛汽車的設計或許可以參考下螞蟻。小車們若能像螞蟻一般擅長合作,顧及整體的交通效率,懂得約束自己的行動,不堵車的未來還是有希望的。
對了,該研究採用的生物模型是阿根廷蟻(Linepithema humile)。這是一種非常有名的入侵物種,被列為世界百大外來入侵種。
如此強勁的入侵和擴張,應該和它們“永不堵車”的交通分不開吧。
參考文獻
[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/
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