Муравьи и алгоритмы: 5 решений, вдохновленных насекомыми
2 августа 2025 г.Насекомые давно вдохновляют людей еще до рассвета времени. ЕстьТеория, что муравьи вдохновляли человеческое сельское хозяйствоПолем Как узнает любой наблюдательный ребенок, муравьи обычно берут семена в свои гнезда, и иногда они отказываются от этих мест. Могли ли они вдохновить доисторического человека носить семена, поставить их под грязь и заботиться о них?
Это интересная теория, но, к сожалению, та, для которой мы никогда не узнаем ответа. Тем не менее, нам не нужно теоретизировать или смотреть так далеко в историю. В этой статье у меня есть пять примеров того, как муравья и другие насекомые вдохновили текущие технологии.
Пять примеровТехнология насекомых: 🐜📡
- Оптимизация колонии муравья (ACO)
- Разведка роя в распределенных системах
- Механическая биомимикрия
- Эффективные нейронные сети пчел.
- Жук влаги.
- И бонусный пример: прокрутите вниз, чтобы узнать!
Алгоритмы оптимизации колоний муравей
Оптимизация колоний муравей (или ACO) представляет собой набор алгоритмов, предназначенных для поиска хорошего решения с помощью сетей и задач графиков. Это одни из первых примеров вероятностного решения проблем. В 1992 году Марко Дориго впервые предложил ACO для своей докторской диссертации, и это был 1 -й алгоритм поиска оптимального пути на графике. Его алгоритм был смоделирован как муравья, ищущие путь между их колонией и едой.
Эта идея была позже диверсифицирована, чтобы решить гораздо больше проблем, каждая из которых опирается на поведение муравьев. В 2004 году,ученыепоказали, что алгоритмы Aco-Type тесно связаны со стохастическим градиентным происхождением, методом перекрестной энтропии и оценкой алгоритмов распределения. Градиент спуск и перекрестная энтропия-это несколько основных методов, которые ИИ используют для сходимости на решении. Таким образом, стратегии муравьев оказались такими же эффективными, как ИИ.
ACO также преодолели разрыв между академическими кругами и промышленностью. Теория и практика. Индустрия использовала их по любой проблеме NP в категориях маршрутизации, планирования или назначения ресурсов. Например:
- Сетевая маршрутизация (как подключенная, так и без соединения).
- Моделирование белковых взаимодействий и складывания белка.
- Оптимизация бизнес -процессов.
- Конструкции схемы.
- Маршрутизация и планирование: авиакомпании также использовали маршрутизацию на основе муравей при назначении поступления самолетов в ворота аэропорта.
- Обнаружение края.
Симпальный муравей 🐜, символ трудолюбия, оказался больше, чем символом. Промышленность последовала.
Отличный обзор ACOSДоступно здесьПолем
Интеллект роя (SI)
Переезд, Sports Illustrated или метрическая система (Международная система единиц (SI)), вступит во владение новой аббревиатуры. Интеллект роя определяется как коллективное поведение децентрализованных, самоорганизованных систем, естественных или искусственных. Эти системы использовались с девяностых для компьютерной графики, внедряя себя в такие фильмы, как Король Льва или трилогия «Властелин колец» за сцены со многими моделируемыми участниками.
Я собираюсь игнорировать эти приложения, хотя на них напрямую влияют поведение насекомых.
Вместо этого я собираюсь подчеркнуть, как Swarm Intelligence помогает людям, помогая медицинским диагнозам. Например, роя человеческих радиологов, подключенных через программное обеспечение SI, показали существенные улучшения по сравнению с одиночными рентгенологами или примеры традиционного машинного обучения (изучать)
Другое исследование с использованием врачей и МРТ показало существенную прибыль по сравнению с методом голосования большинства. Каждому доктору дали виртуальный магнит, чтобы «вытащить» коллективный выход в направлении, как на приведенном выше изображении. «Улей» доктора последовательно бил одиноких врачей или даже искусственного интеллекта (изучать)
Эксперты, объединенные вместе, превысили выступления одного эксперта и искусственного интеллекта!
Механическая биомимикрия
Муравьи известны своим соотношением силы к весу. Вэто исследованиеУченые проверили шею муравьев. Используя электронные микроскопы и микрокомпьютерную томографию, они измерили экзоскелет шеи и то, как она смешалась и объединилась в более мягкие части.
После первой оценки консервативного в 1000 раз больше массы тела, они проверили эти секции и обнаружили удивительное соотношение от 3500 до 5000 прочности к весу.
«Интерфейс между мягким и твердым материалом головы. Такие переходы обычно создают большие концентрации напряжения, но муравьи имеют градуированный и постепенный переход между материалами, которые дают повышенную производительность». Эти секции содержали смеси мягкого и твердого материала таким образом, что дало ему значительно большую прочность, чем оценивались. Это может привести кМикро-размер роботовкоторый такжеобъединить жесткие и мягкиечастибез каких -либо слабых точек.
Оригинальное исследованиеПолем
Эффективные нейронные сети
Пчелы в настоящее время влияют на разработку сверхэффективными нейронными сетями. *Секрет пчел к сверхэффективному обучению может преобразовать AI и робототехнику* Теперь игнорируйте «может» в этом заголовке. Это один из тех заголовков, которые разрушают сообщение, добавив в слабую ласку слово «может». «Может» не означает, что это «не». Давайте сосредоточимся на реальности этого сенсационного заголовка.
Прямо сейчас биологи и ученые данныхЯВЛЯЮТСЯдеконструирование того, как нейронные сети насекомыхЯВЛЯЮТСЯтак эффективно. Это как старый, вводящий в заблуждение заголовок о том, как Bumble Pegre не смогут летать, по словам инженеров -авиационных инженеров. Очевидно, что шмели пролетели в течение неисчислимого количества лет, и наука еще не поняла, как. Подобно тому, как их крылья являются загадкой, то, как пчелы ориентируются на трехмерное пространство с таким небольшим количеством нейронов, - это то, что наука разблокирует и обеспечит технологическую революцию в эффективности.
Ученые принимают «нейроморфную модель активного зрения» и формируют свои модели нейронных сетей в эффективные реалии природы. Они должны открыть возможности с более низкой мощью для многих существующих технологий, которые полагаются на зрение.
Оригинальное исследованиеПолем
Жук влаги
Время для жуков, чтобы подняться. Будь то переработка навоза илиСоздание ракетного топливаЖуки революционизировали больше, чем музыка. Ученые изучали жуков пустыни Намиб, чтобы обнаружить секреты того, как они выжили с небольшим количеством воды. Секрет заключается не только в том, чтобы избежать самого жаркого времени дня, но и в том, как крошечные крылья организма чередуются между структурами.
Да, чередующиеся между гидрофильными ударами с гидрофобными каналами, крошечный жук удается подчеркнуть крошечные капли воды в воздухе в более высокие концентрации, пока комбинированный вес не опустит их в устье жука.
Ученые обратили на это внимание, выполняя то же самое чередование структур, чтобы обеспечить влажность (да, эта старая научно-фантастическая профессия). Мало того, они могут настроить ваши зеркала, чтобы предотвратить единственный недостаток горячего душа: туман. Зеркала без отуманов, ветровые стекла, очки и лицевые маски!
Исследователи из Массачусетского технологического института подражали этой способности, создав текстурированную поверхность, которая сочетает в себе чередующиеся гидрофобные и гидрофильные материалы. Потенциальное использование включает извлечение влаги из воздуха и создание без тумана окон и зеркал. Компания под названием NBD Nano пытается коммерциализировать технологию.
Теперь это некоторые серьезные инженерные идеи от крошечного пустынного насекомого. Есть дажеДругие жукив том же регионе сдругойСтратегии приобретения влаги. Некоторые строят курганы в песке, чтобы улучшить капли тумана. Третьи собирают его из шелкового или ветрового потокаДетритПолем Само собой разумеется, они также изучаются для любого технологического понимания.
Бонус!Насекомого кибер -посуды.Добро пожаловать в стигмергическое общество
В предыдущих примерах мы взяли технологиюотошибки; Теперь мы ставим технологиивошибки. Я обнаружил это, когда проводил исследования для моей научно-фантастической новеллыКосмические муравьи: никогда не говорите, умриПолем
Это называетсяИнтерфейсы машины насекомыхПолем И да, они реальны. Прокрутите обратно, если хотите спать сегодня вечером. Гибриды насекомых исследуются и разработаны. В вышеупомянутом исследовании 2009 года ученые и инженеры обнаружили лучшую стадию цикла разработки для вставки электродов в развивающиеся куколки, чтобы наилучшим образом обеспечить связь между нервной системой развивающегося насекомых и вставленной микроэлектроникой.
Стадия ранней куколки обеспечила лучшую механическую и электрическую связь.
Не быть превзойденным в странной науке, это другое исследование 2012 года называется:Гибридная система насекомых-машин: удаленный радиоконтролирование свободно летающим жукомПолем
Это исследование также связано с дополнительными исследованиями, где ученые делают то же самое с ходячими насекомыми, такими пауками.
Еще неизвестно, есть ли этимерзостиКонфигурации на самом деле более эффективны, чем микроадроны или другие полностью роботизированные ситуации.
Кажется, трудно массово производить такие киборги насекомых, а не то, что они не скрытыми, хотя я полагаю, что кто-то может попытаться скрыть микроэлектроника.
Тем не менее, это будет введено в какое -то странное гибридное общество,Общество стигмергераИИ и людей, а насекомые сотрудничают?
Все беспокоились оАги, или искусственный общий интеллект, захватывание; Они никогда не думали искатьдругойАги: Искусственно управляемые насекомыеПолем
Оригинал