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從螞蟻身上學習交通堵塞、緊急出口擁擠等問題的解決之法

從螞蟻身上學習交通堵塞、緊急出口擁擠等問題的解決之法

Posted August. 17, 2018 08:02   

Updated August. 17, 2018 08:02

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如果經過京釜高速公路首爾收費站進入首爾,突然交通會變得非常擁堵。經過17個車道增加的收費站通過車輛一下子湧向了第5車道。這是瓶頸現象。通過進行最後打折的超市櫃台前的人、在著火的劇場通過緊急出口緊急逃出的人也會經曆類似的事情。有沒有能避免瓶頸現象的妙計呢?17日,據學術雜志《科學》報道,來自美國和德國的研究小組對螞蟻的行動進行了物理研究,並找到了解決方法。秘密在于“偷懶”和“不平等的工作分配”。

1. 組織人員的70%磨洋工是比較理想的狀況

 美國佐治亞理工大學物理系教授丹尼爾•戈德曼將30只紅蟻關在裝滿與粘土相似的玻璃球的容器後,觀察了他們挖地道的情景。各自的螞蟻把地下的玻璃球往外挖,挖了數百個洞。結果發現了這樣的事實,整體三分之二以上的紅蟻幾乎不工作,約30%的螞蟻幹完了挖土地的大部分工作(70%)。22 ~ 31%的螞蟻一次都沒有下地,只是遊手好閑,而進入洞穴的螞蟻中有很多都沒有挖玻璃球,就這樣空手而歸。除了交替或移動的螞蟻,每一瞬間都在地下工作的螞蟻數變得更少,只有7 ~ 10%的螞蟻在工作。

 雖然集體成員中大多數人都在偷懶(磨洋工),咋一看十分沒有效率,但研究小組通過數學模式確認了這樣子反而更有效率的事實。論文第1作者佐治亞理工大學機械工程系研究員傑夫•阿吉拉,在接受記者電子郵件采訪時表示:“螞蟻給來的教訓是,在狹窄的地方出現太多人工作的情況,最好避免這麽多人同時工作。在這種情況下,少數人會集中工作,而剩下的偷懶的不平等的(unequal)業務分配會導致最佳結果。”

 這種情況也適用于現實。例如,如果在房間裏有150人要進行緊急逃離,這時候比較聰明的做法是, 10 ~ 15名左右的少數人進行打道作業,30人交替幫助做事,剩下的100多人則靜靜地等待。

2. 不需要領導,誰工作視具體情況而定

 研究小組還發現了負責工作的30%的螞蟻,並不是能幹會做很多事情的事實。研究組從最認真工作的隊伍中抽出5只螞蟻。于是,其他的螞蟻代替他們投入到了挖地道的工作中去。雖然螞蟻的數量減少了,但效率仍維持在同樣的水平。誰工作,誰做事很棒並不影響整體效率。也不需要分配工作的領導者。誰工作視具體情況而定,而這種情況是當時偶然被決定的。

 研究小組並不是單單只出于興趣而觀察螞蟻。他們認爲或可以將該法則運用于在地震或崩塌事故等災難現場,清除廢墟並救助人類的人工智能群集機器人身上,從而進行了實驗。在狹長的通道上,裝滿模仿建築殘骸的大拇指指甲大小的磁鐵球後,投入1 ~ 4台成人拳頭大小的蟑螂形狀的自動行駛機器人,比較了清除殘骸的工作效率。其結果發現,和螞蟻一樣,與出動所有機器人相比,一台休息時能更有效地完成工作。據分析,和螞蟻休息的比率不同是因爲,機器人的判斷力和功能要低于螞蟻。阿吉拉研究員表示:“計劃改善機器人性能,研究更精密的戰略。”


尹申英=東亞科學記者 ashilla@donga.com