Мой перевод статьи: Ants prove superior to humans in group problem-solving maze experiment

В Институте науки Вейцмана провели эксперимент, в котором муравьи и люди соревновались в решении групповой задачи: нужно было провести крупный груз через лабиринт. Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, оказались неожиданными и пролили свет на преимущества и недостатки коллективного принятия решений.

Муравьи и люди — единственные существа в природе, которые регулярно сотрудничают при транспортировке объектов, значительно превышающих их собственные размеры. Профессор Офер Файнерман и его команда использовали эту общую черту, чтобы выяснить, кто справится с задачей лучше. Для этого они создали реальную версию классической задачи из области робототехники — "головоломку о перемещении пианино" *) . Участникам нужно было провести Т-образный объект через прямоугольное пространство, разделённое на три камеры с узкими проходами.

Эксперимент проводился с двумя видами лабиринтов — для муравьёв и людей, а также с группами разного размера. Люди участвовали добровольно, а муравьи (Paratrechina longicornis, также известные как "сумасшедшие муравьи") были привлечены, думая, что перемещают еду в свой муравейник.

Муравьи справлялись с задачей в трёх вариантах: в одиночку, в малой группе (около семи особей) и в большой группе (около 80). Люди также работали в трёх аналогичных комбинациях. Чтобы сравнение было максимально точным, людям в некоторых случаях запрещали общаться, а также использовали ручки с датчиками для измерения прилагаемой силы.

Credit: Weizmann Institute of Science

Результаты показали, что в индивидуальном зачёте люди, благодаря своим когнитивным способностям, легко обошли муравьёв. Однако в групповом задании всё изменилось. Муравьи действовали слаженно, демонстрируя коллективную память и избегая повторных ошибок. В то время как люди, особенно при ограниченном общении, не смогли улучшить свои результаты, часто выбирая краткосрочные, но неэффективные решения.

"Муравейник — это семья, где все особи связаны общими интересами. Это тесно сплочённое общество, где сотрудничество преобладает над конкуренцией. Именно поэтому муравейник иногда называют суперорганизмом, где каждая особь действует как часть единого целого", — объясняет Файнерман.

Исследование подтвердило, что муравьи в группе умнее, чем по отдельности, а у людей коллективная работа не всегда приводит к лучшим результатам. "Знаменитая "мудрость толпы", столь популярная в эпоху социальных сетей, в наших экспериментах не проявилась", — отметил учёный.

Несмотря на сложности человеческого сотрудничества, авторы исследования успешно объединили усилия, включая доктора Эхуда Фонио, профессора Нира Гова и доктора Амира Халуца. Их работа открывает новые горизонты в понимании группового поведения и эволюции сотрудничества.

More information: Tabea Dreyer et al, Comparing cooperative geometric puzzle solving in ants versus humans, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2414274121

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences

*) "Головоломка о перемещении пианино" (англ. **Piano Movers' Problem**) — это классическая задача из области робототехники, теории планирования движений и вычислительной геометрии. Она была впервые сформулирована в 1980-х годах и стала одной из ключевых проблем в разработке алгоритмов для перемещения объектов в сложных пространствах.

Суть задачи

Задача заключается в поиске оптимального пути для перемещения крупного объекта (например, пианино) из точки **А** в точку **Б** в ограниченном пространстве, которое может содержать препятствия. Основная сложность состоит в том, что объект имеет нестандартную форму и размеры, что требует тщательного планирования его траектории, чтобы избежать столкновений с окружающими объектами.

Математическая формулировка

С математической точки зрения задача сводится к поиску пути в **конфигурационном пространстве** (англ. **Configuration Space**), где каждая точка представляет возможное положение и ориентацию объекта. Пространство делится на допустимые и недопустимые области (например, где объект сталкивается с препятствиями). Задача заключается в нахождении непрерывного пути от начальной до конечной конфигурации, который лежит только в допустимых областях.

Пример

Представьте, что нужно провести пианино через узкий коридор с поворотами и дверными проёмами. Необходимо учитывать не только длину и ширину пианино, но и его высоту, а также возможность поворота в ограниченном пространстве. Алгоритм должен рассчитать, как именно двигать объект, чтобы он не задел стены или другие препятствия.

Сложность

Задача относится к классу **NP-трудных**, что означает, что для её решения в общем случае не существует эффективного алгоритма, работающего за полиномиальное время. Поэтому на практике используются приближённые методы, эвристики и алгоритмы, такие как:

- Алгоритмы поиска пути (например, A*, RRT — Rapidly-exploring Random Tree).

- Методы декомпозиции пространства (разбиение пространства на более простые области).

- Использование симуляций для проверки возможных траекторий.