Tandborstar, BristleBots och intelligensens natur

Insekternas kollektiva beteende är ett av naturens under. I synnerhet går många arter av termiter på något sätt samman för att skapa de mest extraordinära högarna – komplexa strukturer med sammankopplade tunnlar och grottor som kan sträcka sig under jorden över många tiotals meter.

Hur de organiserar detta beteende är ett av den moderna vetenskapens stora mysterier. Olika teorier föreslår att beteendet uppstår från hur insekter kommunicerar med varandra eller till och med från en sorts social intelligens.

Idag ger Luca Giomi och kompisar vid Harvard University i Cambridge en antydan om att svaret kan vara mycket enklare och betydligt konstigare än så. De säger att komplext kollektivt beteende uppstår från mekaniken för att röra sig genom en miljö. Det krävs med andra ord ingen speciell kommunikation, sociala regler eller gruppintelligens.

De här killarna gör sin upptäckt med BristleBots, enkla automater gjorda av ett tandborsthuvud och en mobiltelefons vibratormotor. Lägg några av dessa i ett cirkulärt hölje och de vandrar runt på måfå.

Men när Giomi och co ökade antalet BristleBots började de självorganisera sig till saker som virvlande svärmar. Övergången från störning till ordning utlöses först när densiteten når någon tröskel. De har lagt upp en video av deras experiment här .

Giomi fortsätter med att simulera och reproducera samma beteende med hjälp av en datormodell av deras BristleBots.

Naturligtvis finns det betydligt mer i den här situationen än den slumpmässiga rörelsen av dumma automater. BristleBots kan upptäcka och reagera på aspekter av sin miljö i den meningen att de ändrar riktning när de studsar från de begränsande väggarna och mot varandra.

Det är denna faktor – förmågan att interagera med miljön och andra BristleBots på det enklaste sättet – som leder till det självorganiserade beteendet.

Tanken att samspelet mellan rörliga föremål och deras miljö kan leda till intelligentliknande beteende är inte på något sätt ny. Ett intressant exempel är en en till synes intelligent oljeklump som kan navigera sig genom en labyrint .

Denna intelligens är bara en illusion. Tricket här är att inse att lösningen till labyrinten är kodad i dess struktur. Så genom att placera en kemikalie i mitten av labyrinten skapar detta en kemisk gradient som klumpen följer med en enkel kemisk reaktion.

Men den viktiga punkten är att denna mekanism gör att klumpen kan extrahera lösningen från sin omgivning.

För närvarande är BristleBot-beteendet och miljön där de är instängda båda relativt enkla. Det är dock inte svårt att föreställa sig att Bristlebots visar mer intelligent-liknande beteende genom att interagera tillsammans i mer komplexa miljöer.

En intressant fråga är om det finns några regler som styr vilka typer av kollektiva beteenden som uppstår; huruvida framväxande beteende kan konstrueras på ett reproducerbart sätt.

Skulle det till exempel vara möjligt att skapa en miljö där BristleBots slutar bygga en stadsliknande struktur med sammankopplade tunnlar och grottor? Termiter gör det så det är inte bortom möjligheten att en svärm av Bristlebots i en lämplig miljö kan hamna i att trycka runt sand eller legoklossar på ett sätt som bildar en termithögliknande struktur.

Kärnan i allt detta är den grundläggande frågan om själva intelligensens natur. Vi människor tänker på oss själva som intelligenta varelser men hur mycket av detta är resultatet av enkla interaktioner med den miljö vi befinner oss i.

Budskapet från termiter, oljeblobbar och BristleBots är förmodligen mycket mer än vi tror.

Ref: arxiv.org/abs/1302.5952 : Svärmande, virvlande och stasis i sequestered BristleBots

Dölj