Жаркий летний полдень. Кажется, все замерло в этот знойный час. Только внимательно приглядевшись, замечаешь, как под ногами в разных направлениях снуют муравьи. На первый взгляд, их перемещения хаотичны. Торопятся, суетятся, спешат - каждый сам по себе. Но наблюдая дольше, начинаешь понимать, что в их движениях существует некая система. Одни бегут по своим невидимым тропам за листочком или хвоинкой, другие уже возвращаются с добычей. Сегодня ученые решили применить наши знания об организации перемещения муравьев для развития телекоммуникационных сетей.
Несколько лет назад Жан Луис Денебург из Брюссельского университета и его коллеги выяснили, что появление муравьиных тропинок, которые мы так часто видим в лесу или у себя на кухне, связано с выделением муравьями особого пахучего вещества. Помечая таким образом маршрут, муравьи дают знать остальным сородичам об уже проложенном маршруте.
Проводя эксперименты с аргентинским муравьем (Linepithema humile), Денебург выстроил конструкцию из двух мостов, которые вели от места проживания муравьев до источника пищи. Один мост был намного короче другого. Естественно, выяснилось, что муравьи выбирают короткий путь. Выбор этот происходит не благодаря отличным навигационным способностям насекомых, а просто потому, что по короткому пути шли к пище и возвращались обратно гораздо больше муравьев, чем по длинному. Большее количество означает большую концентрацию феромона, большую привлекательность именно этого пути для следующих добытчиков.
(Замечу, что если сначала муравьям предложить только один путь - длинный, а уже потом короткий, то, как это ни странно, они выберут длинный путь. Просто потому, что к моменту появления короткого длинный уже будет помечен и дальше будет оставаться более пахучим.)
Однако, когда ученые решили использовать методы оптимизации маршрутов передвижения у муравьев, они ввели несуществующее в природе условие: пахучее вещество, которым живой муравей метит свой путь, у искусственных муравьев испаряется тем быстрее, чем больше проделанный путь. В первых компьютерных моделях муравьи последовательно изучили все пространство, обнаружили источники пищи и выбрали кратчайший маршрут, который состоял из множества мелких отрезков. Причем, если последняя "ветка" пути, ведущего к пище, оказывалась переполненной путешественниками, прокладывался рядом обходной маршрут.
Продолжая эту модель, Марко Доринго решил попробовать силы муравьев в решении знаменитой математической проблемы, в которой необходимо выбрать кратчайший маршрут посещения только один раз большого количества городов. Пятнадцать городов и миллиарды возможных перемещений. Отправленные в длительное путешествие искусственные муравьи посетили все пункты и выбрали оптимальный маршрут, по которому они и совершали свои следующие прогулки. Увеличивая тем самым концентрацию пахучего вещества, сохраняя самый эффективный путь.
Такой муравьиный метод поиска оптимального пути посещения различных пунктов уже сейчас используется для расчета в сложных системах, например - выбор пути перемещения по большим площадям заводов, супермаркетов.
Кстати говоря, эти свойства муравьев можно использовать и при поисках информации в Сети. Чем больше людей ищут ту или иную информацию, тем более "заметным" становится их путь от первого слова в поисковых системах до конечной цели. Используя его, можно существенно сократить путь до конечной цели.
Руд Счондервурд и Джанет Брутен из исследовательской лаборатории Hewlett-Packard использовали в своих работах другое замечательное свойство муравьиного сообщества - реакцию на перегруженность кратчайшего маршрута и прокладывание другого, обходного пути. Они смогли создать модель телекоммуникаций, которая реагировала бы на повышенное содержание виртуального феромона, остающегося после каждого телефонного звонка по тому или иному пути. То есть, если концентрация телефонных звонков достигает некоего предела, то автоматически начинает прокладываться второй, более длинный, но менее загруженный маршрут. Но как только концентрация начинает спадать, звонок сразу переадресуется и "идет" по кратчайшему пути. Уже несколько компаний используют такой метод в своей работе - среди них такие как France Telecom, British Telecommunications.
Используют ученые и другую особенность поведения насекомых - кооперацию. Рональд Куб и Хонг Зханг сумели построить группу роботов, которые совместно перемещают круглую коробку к цели. У каждого из них были простые инструкции - найти коробку, установить с ней контакт, толкать коробку к цели. И в результате они, не сообщая друг другу о своих намерениях, смогли скооперироваться и быстро выполнить намеченную задачу.
Ученые предлагают на сегодняшний день еще много вариантов использования принципов организации жизни у муравьев или пчел. Начиная с анализа банковской информации с помощью метода сортировки личинок муравьями до перенастройки сборочных линий по подобию разделения труда в пчелиных колониях. Правда, системы, построенные на таких принципах "коллективного разума", вряд ли смогут справиться с нестандартными проблемами. С другой стороны, картины, которые рисуют некоторые специалисты - когда в результате соединения многочисленных небольших и недорогих устройств рождается решение той или иной проблемы - выглядят очень впечатляюще.
За сим разрешите откланяться.