طبیعت همیشه منبع الهام انسان‌ها برای پیشرفت بوده است و امروزه بشر از این منبع الهام در همه زمینه‌ها حتی برای آموزش ربات‌ها هم استفاده می‌کند. حشرات در این میان شگفتی‌های زیادی برای بشر داشته‌اند، مورچه‌ها، زنبورها و موریانه‌ها در کولونی‌های بسیار پرجمعیت زندگی می‌کنند ولی طوری وظایف را بین خود تقسیم می‌کنند که کار ر کمترین زمان و به شکل بهینه انجام شود. دانشمندان دریافته‌اند این الگوی رفتاری حشرات می‌تواند در آموزش ربات‌ها به خصوص ربات‌هایی که به صورت دسته جمعی فعالیت می‌کنند مورد استفاده قرار بگیرد. در این مقاله اختصاصی از مجله قرمز به روش کار خاص و متفاوت مورچه‌های آتشین خواهیم پرداخت و خواهیم دید که این روش چطور می‌تواند به آموزش ربات‌ها در انجام بهینه و سریع‌تر کارها کمک کند.

مورچه‌های آتشین و روش کار جالب آن‌ها

مشاهدات مختلف از لانه‌های مورچه‌های آتشین نشان داده است که در کولونی آن‌ها، تنها تعداد محدودی از مورچه‌ها مشغول کار و فعالیت هستند و بقیه مورچه‌ها تنها وقت گذرانی می‌کنند و کار مفیدی انجام نمی‌دهند. بررسی‌های رایانه‌ای نشان داده است که اگرچه این روش چندان منصفانه به نظر نمی‌رسد اما مزایای زیادی دارد و در واقع یک روش بهینه برای صرفه جویی در وقت است. محدود بودن تعداد مورچه‌های کارگر از شلوغ شدن تونل‌ها جلوگیری می‌کند و باعث می‌شود که این مورچه‌ها کار خود را در زمان مناسب انجام دهند. اما دانشمندان دریافته‌اند که این الگوی کاری می‌تواند یک روش مناسب برای آموزش ربات‌ها باشد. در مطالعه‌ای که روز هفدهم آگوست ۲۰۱۸ در مجله ساینس به چاپ رسیده است مطالعات گسترده‌ای در زمینه زندگی و رفتار مورچه‌های آتشین صورت گرفته است و جزئیات این رفتارها  و الگوهایی که می‌تواند برای آموزش ربات‌ها مورد استفاده قرار بگیرد منتشر شده است که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت.

چطور می‌توان از توانایی‌های مورچه‌ها برای آموزش ربات‌ها و ارتقای آن‌ها استفاده کرد؟

ربات‌هایی که در فضاهای محدود و پرجمعیت کار می‌کنند مثل ربات‌های امدادگر که در بلایای طبیعی به کمک انسان‌ها می‌آیند شرایطی شبیه به مورچه‌های آتشین را دارند و می‌توانند از الگوی کاری آن‌ها برای سرعت بخشید به عملیات خود استفاده کنند. جاستین ورفل محقق دانشگاه هاروارد که در زمینه رفتارهای انتخابی مطالعه می‌کند با الهام گرفتن از الگوهای رفتاری حشرات نوعی ربات طراحی کرده است که به صورت دسته جمعی فعالیت می‌کند. دنیل گلدمن که یک فیزیکدان در دانشگاه جرجیاتک است و در این پروژه با ورفل همکاری داشته است با کمک همکاران خود ۱۲ ساعت فیلم ویدئویی از ۳۰ لانه مورچه‌های آتشین تهیه کرد و با بررسی این ویدئوها مشخص شد که تنها سه تا پنج مورچه در هر نوبت کار حفر تونل‌های مربوط به کولونی را انجام می‌دهند و در واقع در یک دوره ۱۲ ساعته سی درصد از مورچه‌ها ۷۰ درصد از کار کولونی را به عهده دارند. گروه گلدمن دو کولونی را با کمک رایانه شبیه سازی کردند که یک کولونی طبق الگوی مورچه‌های آتشین شبیه سازی شد و در کولونوی دیگر همه مورچه‌های مجازی به طور یکسان کار می‌کردند. در انتها مشخص شد که کار حفر تونل در کولونی مجازی دوم سه برابر بیشتر از کولونی مجازی اول طول کشیده است. به این ترتیب می‌توان نتیجه گرفت عدالتی که در کولونی دوم رعایت شده بود به نفع مورچه‌ها نبود.

در ادامه گروه گلدمن روش کار گروهی مورچه‌های آتشین را روی ربات‌های خودکار پیاده سازی کردند، این ربات‌ها ربات‌هایی غلتکی بودند که در یک راهروی باریک در جهت عقب و جلو حرکت می‌کردند و توپ‌های پلاستیکی کوچکی را که به سمت آن‌ها پرتاب می‌شد جمع آوری می‌کردند. برنامه ریزی ربات‌ها برای انجام کار یکسان تا زمانی که تعداد آن‌ها از دو تا سه ربات تجاوز نمی‌کرد ایده بدی نبود اما زمانی که تعداد این ربات‌ها به چهار می‌رسید تونل‌های باریک مانع از رفت و آمد آن‌ها می‌شدند. در ادامه ربات‌ها به روشی متفاوت برنامه ریزی شدند و وظیفه به طور نامساوی بین آن‌ها تقسیم شد و مشخص شد که با این نوع از آموزش ربات‌ها سرعت انجام کار ۳۵ درصد افزایش پیدا می‌کند.

همان طور که گفتیم طبیعت نمونه‌ای عالی برای الگوبرداری است چون رفتارهای طبیعی موجودات نتییجه میلیون‌ها سال تکامل است و به ندرت می‌توان خطا و کم و کاستی در آن مشاهده کرد. این رفتارها در طول هزاران نسل بهینه سازی شده‌اند و با شرایط وفق پیدا کرده‌اند بنابراین الگوبرداری از آن‌ها به معنای استفاده از تجربیات طبیعت است و همین رفتارهای طبیعی موجودات می‌تواند علوم جدید مثل رباتیک را به پیشرفت‌های چشمگیری برساند.

اگر این مقاله مورد توجه شما قرار گرفت می‌توانید مقالات مشابه را در بخش علمی در مجله قرمز شاخه رباتیک و هوش مصنوعی مطالعه کنید. انتقادات و پیشنهادات خود را نیز در بخش نظرات با ما در میان بگذارید.

منبع: Science News (ترجمه‌ و تألیف اختصاصی توسط مجله قرمز)