Муравьи в космосе: как их поведение поможет улучшить поисковых роботов

Несколько сотен обычных черных мостовых муравьёв были доставлены на Международную космическую станцию (МКС) для эксперимента, разработанного профессором биологии Стэнфорда Деборой Гордон. Цель — изучить, как муравьи адаптируют свои врождённые алгоритмы группового поведения в условиях микрогравитации. Эти знания могут улучшить алгоритмы автономных роботов, например, при поиске выживших в зонах бедствий.

Как муравьи организуют поиск

Муравьиная колония исследует среду, отправляя рабочих особей. Поскольку у муравьёв плохое зрение и они полагаются на обоняние, для обнаружения чего-либо нужно находиться близко к объекту. При этом централизованного управления нет.

Ключевую роль играет коммуникация через запах и прикосновения антеннами. Алгоритмы, выработанные за миллионы лет эволюции, используют частоту таких взаимодействий для оценки плотности сородичей в зоне и определения стратегии поиска:

• Высокая частота контактов (высокая плотность) → муравьи движутся маленькими случайными кругами, тщательно исследуя ближайшую область.
• Низкая частота контактов (низкая плотность) → муравьи двигаются более прямыми линиями, покрывая бо́льшую территорию в ущерб тщательности.

Эта техника известна как расширяемая поисковая сеть.

Эксперимент на МКС

В космосе 70 муравьёв помещали в арены размером с планшетный компьютер, разделённые на три секции. Камеры фиксировали их перемещения по мере опускания перегородок и увеличения площади поиска (что снижало плотность).

Микрогравитация стала аналогом помех (например, радиопомех для роботов в горящем здании). В невесомости муравьям трудно ходить, что нарушает их способность сталкиваться друг с другом и обмениваться информацией для оценки плотности.

Наблюдение за тем, как космические муравьи меняют поисковое поведение, когда гравитация мешает взаимодействию, поможет исследователям разработать гибкие протоколы для роботов и устройств, использующих расширяемые поисковые сети.

«Муравьи развивали алгоритмы для этого 150 миллионов лет. Изучение их решений может помочь нам проектировать сетевые системы для решения аналогичных проблем», — говорит Дебора Гордон.

Дальнейшие шаги

Учёные проанализируют видео с муравьями на МКС и сравнят с контрольным экспериментом на Земле. Также, начиная с весны, школьники смогут повторить эксперимент в классах и внести свои результаты в базу данных.

«Существует 12 000 видов муравьёв... Сравнение результатов из данных студентов позволит нам изучить разные поисковые стратегии муравьёв в разных местах на Земле», — отмечает Гордон.

Муравьи проведут остаток жизни на станции. Риска заражения нет: на миссию отправили только стерильных рабочих особей.