科學(xué)家發(fā)現(xiàn)螞蟻在團(tuán)隊(duì)合作方面“超級(jí)高效”

你曾經(jīng)參與過(guò)一個(gè)大型小組項(xiàng)目嗎？您可能會(huì)認(rèn)為，隨著更多人的參與，工作會(huì)更好更快地完成。

然而，隨著越來(lái)越多的團(tuán)隊(duì)成員加入該小組，每個(gè)人的效率并沒(méi)有提高。它甚至不會(huì)保持恒定——它變得更糟。許多人可能會(huì)輕松工作，但太多的廚師會(huì)破壞肉湯。

這個(gè)悖論被稱(chēng)為林格爾曼效應(yīng)，以法國(guó)工程師馬克斯·林格爾曼的名字命名誰(shuí)在 19 世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)了它.

相關(guān)：這些螞蟻對(duì)受傷的巢友進(jìn)行救生手術(shù)，類(lèi)似于人類(lèi)

當(dāng)他測(cè)量學(xué)生拉繩子產(chǎn)生的力時(shí)，他發(fā)現(xiàn)隨著越來(lái)越多的學(xué)生加入任務(wù)，總拉力會(huì)增加，但每個(gè)人的平均努力會(huì)減少。

這種下降是由于兩個(gè)主要因素：在更大的團(tuán)隊(duì)內(nèi)部協(xié)調(diào)的困難，以及“社會(huì)游手好閑”的趨勢(shì)為個(gè)人減少工作量當(dāng)他們?cè)趫F(tuán)隊(duì)中感到責(zé)任感減弱時(shí)。

但許多動(dòng)物物種，從魚(yú)群到獅子群，在大群體中成功合作。他們能否以某種方式克服這種效率下降？

如果有任何動(dòng)物可以的話(huà)，那就是螞蟻。在新研究發(fā)表在當(dāng)前生物學(xué)，我們旨在找出織布蟻鏈?zhǔn)欠袷艿搅指衤?yīng)的影響。

小組工作 – 螞蟻

螞蟻是集體行動(dòng)的擁護(hù)者，可以無(wú)縫協(xié)調(diào)數(shù)百萬(wàn)蟻群的復(fù)雜任務(wù)。在所有螞蟻物種中，織布蟻（Oecophylla smaragdina）就是一個(gè)突出的例子。

織布蟻通過(guò)將活葉子拉在一起并用幼蟲(chóng)絲將它們綁起來(lái)來(lái)制作樹(shù)頂巢穴。為此，它們形成“拉鏈”——每只螞蟻都用下巴抓住另一只螞蟻的腰并齊聲拉扯。

這些鏈條的機(jī)械優(yōu)勢(shì)從未被研究過(guò)。

我們鼓勵(lì)螞蟻形成鏈子，拉動(dòng)附在測(cè)力計(jì)上的人造紙葉，持續(xù)監(jiān)測(cè)它們的集體力輸出。隨著越來(lái)越多的螞蟻加入和離開(kāi)拉動(dòng)團(tuán)隊(duì)，我們可以看到該群體的產(chǎn)出實(shí)時(shí)變化。

我們假設(shè)每個(gè)個(gè)體的力量會(huì)隨著鏈條的生長(zhǎng)而減少，這一想法得到了之前螞蟻研究的支持。例如，火蟻（Solenopsis invicta）已知會(huì)連接在一起形成粘稠的木筏狀球在洪水中幸存下來(lái).

當(dāng)研究人員將不同大小的球拉開(kāi)時(shí)，更大的群體顯示出林格曼效應(yīng)的跡象，隨著群體規(guī)模的增加，每只螞蟻的阻力較小。

令我們驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)，隨著越來(lái)越多的織布蟻加入拉動(dòng)隊(duì)伍，總力量如預(yù)期的那樣增加——但每只螞蟻的力量也隨之增加。換句話(huà)說(shuō)，隨著團(tuán)隊(duì)規(guī)模的擴(kuò)大，個(gè)體織蟻實(shí)際上變得更加有效。

織布蟻似乎不僅能夠避免林格曼效應(yīng)——它們?cè)趫F(tuán)隊(duì)合作中“超高效”。

分工

織布蟻如何實(shí)現(xiàn)超高效？這只是添加更多螞蟻的問(wèn)題嗎？

不一定。

超高效似乎取決于螞蟻如何排列自己?？棽枷佋谂帕谐梢粭l長(zhǎng)鏈而不是幾條短鏈時(shí)表現(xiàn)最佳。

我們還注意到，螞蟻的姿勢(shì)根據(jù)它們?cè)阪湕l中的位置而有所不同。后面的螞蟻伸出后腿——這種姿勢(shì)可以幫助它們被動(dòng)地抵抗葉子的反作用力。

相反，位于鏈條中間或前部的螞蟻保持更蹲伏的姿勢(shì)，通常與主動(dòng)拉動(dòng)有關(guān)。這種模式暗示了鏈條內(nèi)部的分工。

在我們的研究中，我們提出了一種稱(chēng)為“力棘輪”的機(jī)制。拉鏈最薄弱的環(huán)節(jié)不是螞蟻之間的聯(lián)系，而是它們對(duì)地面的抓握。

單獨(dú)拉動(dòng)時(shí)，螞蟻可以產(chǎn)生的最大拉力受到滑動(dòng)的限制。但在鏈條中，后螞蟻可以充當(dāng)被動(dòng)抵抗器，增加與地面的接觸并防止打滑。

這使得前螞蟻能夠更用力地拉動(dòng)，通過(guò)鏈條本身儲(chǔ)存和傳遞力量。這種分工鎖定了部隊(duì)并防止倒退。

更多就是不同

雖然是推測(cè)性的，但我們的模型提供了一個(gè)令人信服的新視角，說(shuō)明團(tuán)隊(duì)如何克服林格曼效應(yīng)的常見(jiàn)陷阱，至少在物理力量的應(yīng)用方面是這樣。

未來(lái)的實(shí)驗(yàn)——例如改變地面的滑度或葉子的重量——對(duì)于證實(shí)我們的力棘輪假說(shuō)至關(guān)重要。

我們的研究具有廣泛的意義，特別是對(duì)于自主機(jī)器人領(lǐng)域。在群體機(jī)器人技術(shù)中，小型、廉價(jià)的機(jī)器人團(tuán)隊(duì)旨在協(xié)作完成超出任何單個(gè)團(tuán)隊(duì)成員能力的任務(wù)。

然而，到目前為止，拉動(dòng)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)充其量只能實(shí)現(xiàn)線性縮放：機(jī)器人數(shù)量增加一倍，力輸出增加一倍。這意味著機(jī)器人可能不會(huì)受到林格曼效應(yīng)的影響，但它們也不是“超高效”的。

使用模仿螞蟻的策略（例如織布蟻的力棘輪）對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程可以提高它們的性能，并使機(jī)器變得不僅僅是其各個(gè)部分的總和。

我們的研究還挑戰(zhàn)了林格曼效應(yīng)的普遍性。有時(shí)候，當(dāng)談到團(tuán)隊(duì)合作時(shí)，越多就是不同.至少對(duì)某些動(dòng)物來(lái)說(shuō)，越多越好。如果織布蟻是廚師，可以公平地說(shuō)，它們可能會(huì)做出最好的肉湯。

克里斯·里德， ARC 未來(lái)研究員，行為生態(tài)學(xué)，麥考瑞大學(xué)和丹尼爾·卡萊索， 博士后，馬克斯·普朗克動(dòng)物行為研究所

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