Василий Сергеев (vasily_sergeev) wrote,
Василий Сергеев
vasily_sergeev



Чуждый интеллект: виртуальный муравейник против искусственного разума

ТЕХНОЛОГИИ


Компьютерам, умеющим самостоятельно адаптироваться к изменяющейся ситуации, совсем не нужно быть разумными по-человечески. На Земле есть существа, которые, несмотря на свою примитивность, успешно решают сложнейшие проблемы — и делают это решительно не человеческими методами. Не стоит ли поучиться у них?

Вспомните муравьёв. Эти насекомые образуют поразительно сложные коллективы, для описания которых требуются слова, почти никогда не применяемые в отношении животных. Они используют разделение труда. Они воюют и обращают пленников в «рабство». У некоторых видов есть даже что-то вроде сельского хозяйства: они разводят съедобные грибы и пасут тлю, выделяющую сладкое вещество, которое муравьи употребляют в пищу.

Муравей доит тлю

Муравей доит тлю




При этом отдельные муравьи не отличаются умом даже по меркам насекомых. Мозг муравья состоит всего из 250 тысяч нейронов. По этому показателю они уступают не только пчёлам, но даже тараканам, у которых целый миллион нейронов (у человека, для сравнения, их 86 миллиардов). Об уровне интеллекта нельзя судить лишь по количеству нейронов, но в данном случае эту цифру подкрепляют и другие факты. Многие виды насекомых обладают более разнообразными поведенческими реакциями, чем муравьи.

Как может сочетаться такая сложность с такой простотой? Ответ на этот вопрос учёные выяснили не сразу. В 1953 году молодой энтомолог Эдвард О. Уилсон поставил перед собой задачу: разобраться, как муравьи-разведчики передают рабочим муравьям информацию о том, где находится найденная ими еда.

Очевидно, что они не могут объяснить это на словах — у муравьёв нет речи. И не только речи — они вообще не издают звуков, да и слух у них, как правило, так себе. Пчёлы кодируют навигационные сведения в замысловатых «танцах», но за муравьями не водится ничего подобного. Муравьи большинства видов не отличаются хорошим зрением, что закрывает для них такой метод общения. Если не зрение и не слух, то что же? Остаётся запах.

Правдоподобная догадка — это хорошо, но на одних догадках далеко не уедешь. Необходимо экспериментальное подтверждение (или, если не повезёт, опровержение). Уилсон обустраивает искусственный муравейник из оргстекла, населяет его огненными муравьями и начинает наблюдения.

Вскоре он замечает, что муравьи, возвращающиеся с добычей, волочат брюшко по земле — вероятно, выделяя при этом вещество, которое могут учуять другие. Это уже весомый довод в пользу предположения, что коммуникация происходит химическим путём, но довода этого по-прежнему мало.

Следующий шаг — определить, какое вещество выделяют эти насекомые. Уилсон начинает препарировать муравьёв, пытаясь найти источник того самого запаха. Это не так уж просто: в огненном муравье не больше трёх-четырёх миллиметров, а брюшко — и того меньше.

Учёный проверяет орган за органом, но муравьи никак не реагируют на их запах. Наконец, он обнаруживает крохотную железу непонятного назначения — и муравейник сходит с ума. Муравьи наперегонки бросаются к мазку вещества из этой железы. Уилсон пишет этим веществом своё имя, и через мгновенье сотни муравьёв заполняют проложенную дорожку, складываясь в латинские буквы.

Эдвард Уилсон за работой

Эдвард Уилсон за работой

Позже «сигнальные» вещества вроде того, которое нашёл Уилсон, назовут феромонами. Лексикон среднего муравья состоит из десятка-другого феромонных сигналов. Встречая их, он действует как конечный автомат: без вопросов и размышлений переходит к алгоритму, который соответствует сигналу, и отрабатывает его до тех пор, пока не произойдёт переход в другое состояние.

Вот прекрасный пример того, насколько жёстко запрограммированы реакции муравьёв. Когда муравей гибнет внутри муравейника, поначалу никто не обращает на него внимания, даже если он лежит на пути и мешает движению. Через пару дней его разложение приводит к образованию олеиновой кислоты. Запах олеиновой кислоты — это сигнал.

Первый же муравей, учуявший его, переходит в режим могильщика: он хватает источник запаха и тащит на свалку. Действительно ли это муравей и мёртв ли он — не играет роли. Если измазать в олеиновой кислоте здорового муравья, его так или иначе выкинут из муравейника. Сопротивление бесполезно: лишь когда запах выветрится, муравью позволят «вернуться в мир живых».

Окрестности каждого муравейника покрыты густой сетью невидимых химических записей. Эта сеть представляет собой своего рода внешнюю память колонии. Муравьи следуют записанным в ней инструкциям с беспрекословностью компьютеров, исполняющих программу, попутно дописывая, улучшая и отлаживая её.

Создание невидимой феромонной программы начинается с муравья, который сбился с готовой дорожки. Без неё он вынужден хаотично рыскать в окрестностях муравейника, разыскивая еду для колонии. Найдя что-то, заслуживающее внимания, муравей возвращается в гнездо, оставляя за собой пахучий след.


Спираль смерти

«Внешняя память» муравьёв не застрахована от ошибок. Если феромонный путь замкнётся, муравьи попадут в бесконечный цикл, из которого нет выхода. Каждый новый круг по замкнутому маршруту усиливает запах следа, привлекая всё новых и новых жертв. Так продолжается до тех пор, пока муравьи не погибнут от истощения.

Новые добытчики движутся уже по его следам, и каждый из них тоже отмечает пройденный путь феромонами. Чем больше муравьёв достигают хлебного места и возвращаются обратно, тем мощнее становится феромонный след.

И вот тут есть интересная подробность: муравьи далеко не сразу выстраиваются гуськом и идут друг за другом след в след. Пока запах слабый, они добираются до цели как придётся и часто отклоняются от траектории, по которой следовал разведчик и которая, скорее всего, далека от идеала.

Рано или поздно кому-то удаётся наткнуться на более короткий и быстрый маршрут. Пока другие добираются до цели окружной дорогой, этот муравей и его последователи успевают совершить три захода. В результате их феромонный след усиливается гораздо быстрее. Запах привлекает других муравьёв, и вскоре самый короткий путь превращается в главную магистраль. Менее удачные дорожки оказываются заброшены и постепенно утрачивают запах.

Что произошло? Муравьи нашли оптимальное решение довольно сложной задачи. Даже их ошибки и случайные блуждания в итоге принесли пользу: с их помощью колония изучила все возможные варианты, а затем сделала выбор в пользу лучшего.

Если найденную дорогу перегородит препятствие, процесс повторится: муравьи ринутся в обход, найдут несколько альтернативных вариантов, кратчайший путь быстрее накопит феромонные следы, победит более длинные и всё вернётся на круги своя. Нарушенная программа скорректируется.




Subscribe
promo vasily_sergeev март 3, 2013 13:30 149
Buy for 100 tokens
В журнале формируются СОДЕРЖАНИЯ: указатели на то, как перейти к соответствующим ресурсам. Поисковикам, библиотекам, новостным агентствам, картинным галереям, блоггерам - путешественникам... Ну, типа оглавления рунета - таким я вижу свой журнал. Текущего оглавления. Или текущего содержания…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments