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从蚂蚁身上学习交通堵塞、紧急出口拥挤等问题的解决之法

从蚂蚁身上学习交通堵塞、紧急出口拥挤等问题的解决之法

Posted August. 17, 2018 07:59   

Updated August. 17, 2018 07:59

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如果经过京釜高速公路首尔收费站进入首尔,突然交通会变得非常拥堵。经过17个车道增加的收费站通过车辆一下子涌向了第5车道。这是瓶颈现象。通过进行最后打折的超市柜台前的人、在着火的剧场通过紧急出口紧急逃出的人也会经历类似的事情。有没有能避免瓶颈现象的妙计呢?17日,据学术杂志《科学》报道,来自美国和德国的研究小组对蚂蚁的行动进行了物理研究,并找到了解决方法。秘密在于“偷懒”和“不平等的工作分配”。

1. 组织人员的70%磨洋工是比较理想的状况

 美国佐治亚理工大学物理系教授丹尼尔•戈德曼将30只红蚁关在装满与粘土相似的玻璃球的容器后,观察了他们挖地道的情景。各自的蚂蚁把地下的玻璃球往外挖,挖了数百个洞。结果发现了这样的事实,整体三分之二以上的红蚁几乎不工作,约30%的蚂蚁干完了挖土地的大部分工作(70%)。22 ~ 31%的蚂蚁一次都没有下地,只是游手好闲,而进入洞穴的蚂蚁中有很多都没有挖玻璃球,就这样空手而归。除了交替或移动的蚂蚁,每一瞬间都在地下工作的蚂蚁数变得更少,只有7 ~ 10%的蚂蚁在工作。

 虽然集体成员中大多数人都在偷懒(磨洋工),咋一看十分没有效率,但研究小组通过数学模式确认了这样子反而更有效率的事实。论文第1作者佐治亚理工大学机械工程系研究员杰夫•阿吉拉,在接受记者电子邮件采访时表示:“蚂蚁给来的教训是,在狭窄的地方出现太多人工作的情况,最好避免这么多人同时工作。在这种情况下,少数人会集中工作,而剩下的偷懒的不平等的(unequal)业务分配会导致最佳结果。”

 这种情况也适用于现实。例如,如果在房间里有150人要进行紧急逃离,这时候比较聪明的做法是, 10 ~ 15名左右的少数人进行打道作业,30人交替帮助做事,剩下的100多人则静静地等待。

2. 不需要领导,谁工作视具体情况而定

 研究小组还发现了负责工作的30%的蚂蚁,并不是能干会做很多事情的事实。研究组从最认真工作的队伍中抽出5只蚂蚁。于是,其他的蚂蚁代替他们投入到了挖地道的工作中去。虽然蚂蚁的数量减少了,但效率仍维持在同样的水平。谁工作,谁做事很棒并不影响整体效率。也不需要分配工作的领导者。谁工作视具体情况而定,而这种情况是当时偶然被决定的。

 研究小组并不是单单只出于兴趣而观察蚂蚁。他们认为或可以将该法则运用于在地震或崩塌事故等灾难现场,清除废墟并救助人类的人工智能群集机器人身上,从而进行了实验。在狭长的通道上,装满模仿建筑残骸的大拇指指甲大小的磁铁球后,投入1 ~ 4台成人拳头大小的蟑螂形状的自动行驶机器人,比较了清除残骸的工作效率。其结果发现,和蚂蚁一样,与出动所有机器人相比,一台休息时能更有效地完成工作。据分析,和蚂蚁休息的比率不同是因为,机器人的判断力和功能要低于蚂蚁。阿吉拉研究员表示:“计划改善机器人性能,研究更精密的战略。”


尹申英=东亚科学记者 ashilla@donga.com