بسیاری از ما تجربه کار در پروژههای بزرگ گروهی را داشتهایم و فرض میکنیم که با اضافه شدن اعضای بیشتر، کار بهتر و سریعتر پیش میرود. اما تحقیقات کلاسیک نشان میدهد که این فرض همیشه درست نیست؛ پدیدهای به نام «اثر رنگلمان» (Ringelmann effect) نشان میدهد که هرچه گروه بزرگتر شود، تلاش متوسط هر فرد کاهش مییابد. این اثر که در قرن نوزدهم توسط مهندس فرانسوی مکس رنگلمان شناسایی شد، زمانی آشکار شد که او متوجه شد افزایش تعداد کشندگان طناب باعث افزایش نیروی کل میشود اما میانگین نیروی تولیدی هر نفر کاهش مییابد. دلایل این کاهش معمولاً ناشی از دشواری هماهنگی در گروههای بزرگ و «سستی اجتماعی» (social loafing) است؛ یعنی کاهش مسئولیتپذیری فرد در یک گروه.
با وجود این، در طبیعت گونههایی هستند که در گروههای بزرگ به شکل هماهنگ و مؤثر همکاری میکنند؛ از ماهیها در دستههای شنا گرفته تا گروههای شیر. در میان حشرات، مورچهها بهویژه مورچههای بافنده (Oecophylla smaragdina) نمونهای برجسته از هماهنگی جمعیاند. مطالعهای جدید منتشرشده در مجله Current Biology به بررسی این پرسش پرداخت که آیا زنجیرههای کششی مورچههای بافنده دچار اثر رنگلمان میشوند یا نه.
آزمایش و طراحی پژوهش
برای پاسخ به این سوال، پژوهشگران زنجیرههای کششی مورچهها را وادار کردند تا یک برگ مصنوعی کاغذی متصل به یک نیروسنج را بکشند و نیروی جمعی آنها بهصورت پیوسته ثبت شد. با ورود و خروج مورچهها از تیم کشش، تغییر در نیروی کل و نیروی هر مورچه بهصورت بلادرنگ مشاهده شد. فرض اولیه این بود که با بزرگتر شدن زنجیره، نیروی متوسط هر مورچه کاهش پیدا کند؛ پیشبینیای که با نتایج برخی مطالعات پیشین درباره گونههای دیگر مانند مورچههای آتش (Solenopsis invicta) سازگار بود. در آن مطالعات، وقتی توپکهای چسبنده مورچهای در اندازههای مختلف از هم جدا میشدند، گروههای بزرگتر نسبت مقاومت کمتری به ازای هر مورچه نشان دادند.
اما نتایج برای مورچههای بافنده غیرمنتظره بود: با افزایش تعداد مورچهها در زنجیره، نه تنها نیروی کل افزایش یافت، بلکه نیروی تولیدشده بهازای هر مورچه هم افزایش پیدا کرد. به بیان دیگر، هر فرد در گروه بزرگتر کارآمدتر میشد؛ پدیدهای که پژوهشگران آن را «ابرکارایی» یا superefficiency نامیدند.
شکلگیری زنجیره و تقسیم نقشها
مشاهدهها نشان دادند که چیدمان مورچهها بر کارایی تاثیر دارد: بهترین عملکرد زمانی ثبت شد که مورچهها در یک زنجیره بلند منسجم آرایش میگرفتند تا اینکه در چند زنجیره کوتاه پراکنده باشند. همچنین نحوه قرارگیری بدن مورچهها بسته به موقعیتشان در زنجیره متفاوت بود. مورچههایی که در انتهای زنجیره قرار داشتند، پاهای عقبی خود را کشیده و وضعیتی منفعلتر و مقاوم در برابر نیروی برگ ایجاد میکردند؛ در حالی که مورچههای میانی و جلویی حالت خمیده و فعالتری داشتند که با کشیدن برگ مرتبط بود. این الگو نشاندهنده یک تقسیم کار کاملاً فیزیکی در درون زنجیره است.
پژوهشگران برای توضیح این سازوکار اصطلاح «قفل نیرویی» یا force ratchet را پیشنهاد کردند. در این مدل، ضعیفترین پیوند زنجیره، اتصال مورچهها به یکدیگر نیست بلکه گرفتن زمین توسط آنهاست. زمانی که مورچه بهتنهایی میکشد، نیروی بیشینه او محدود به میزان لغزش پایش روی زیرِ سطح است. اما در زنجیره، مورچههای عقبی بهصورت مقاومتکنندهٔ غیرفعال عمل میکنند و تماس با زمین را افزایش میدهند؛ این کار از سر خوردن جلوگیری کرده و اجازه میدهد مورچههای جلویی محکمتر بکشند. نیروی تولیدشده در زنجیره ذخیره و انتقال مییابد و از برگشتپذیری یا کاهش نیرو جلوگیری میکند.
پیامدها و کاربردها در رباتیک ازدحامی
اگرچه مدل «قفل نیرویی» هنوز نیاز به آزمایشهای تکمیلی دارد (برای نمونه تغییر دادن لغزندگی سطح یا وزن برگ مصنوعی)، نتایج این مطالعه پیامدهای فراتر از زیستشناسی رفتاری دارند. در حوزه رباتیک ازدحامی (swarm robotics)، تیمهایی از رباتهای کوچک برای انجام کارهایی طراحی میشوند که فراتر از قابلیت هر واحد منفرد است. تا کنون، گروههای رباتی در بهترین حالت مقیاسپذیری خطی نشان دادهاند؛ یعنی دو برابر کردن تعداد رباتها منجر به دو برابر شدن نیروی خروجی میشود که نشان میدهد آنها ناظر اثر رنگلمان نیستند اما به اندازه مورچههای بافنده «ابرکارآمد» هم نیستند.
برنامهریزی رباتها با الگوریتمها و استراتژیهای تقلیدی از مورچهها—مانند پیادهسازی مکانیزم قفل نیرویی و تقسیم کار موضعی—میتواند عملکرد تیمهای رباتی را فراتر از جمع جبری توان تکواحدها ببرد و آنها را به سامانههایی تبدیل کند که مجموعشان بزرگتر از جمع اجزاست.
آزمایشهای بعدی و سوالهای باز
برای تثبیت نظریه قفل نیرویی، آزمایشهایی مانند تغییر سطح زیرپایی، تغییر وزن و شکل «بار» و بررسی گونههای مختلف مورچه ضروریاند. همچنین بررسی ارتباط بین سیگنالهای شیمیایی-حسی مورچهها، الگوریتمهای تصمیمگیری محلی و چگونگی تشکیل زنجیره در محیطهای طبیعی میتواند دیدگاه کاملتری ارائه کند. یافتهها پرسشهای جدیدی درباره چگونگی غلبه ارگانیسمهای اجتماعی بر محدودیتهای فردی در عملیات جمعی مطرح میکنند.
نظر کارشناس
دکتر سامان کشاورز، مهندس رباتیک و محقق در حوزه سامانههای توزیعشده، میگوید: «این مطالعه نشان میدهد که بهبود عملکرد گروهی میتواند با طراحی ساختارهای فیزیکی و تقسیم نقشهای ساده حاصل شود، نه لزوماً با افزایش پیچیدگی کنترل مرکزی. الگوبرداری از این رفتارها میتواند در طراحی رباتهای کششی برای نجات و حملونقل در محیطهای نامطمئن تحول ایجاد کند.»
نتیجه گیری
این پژوهش نشان میدهد که مورچههای بافنده میتوانند اثر کلاسیک کاهش تلاش فردی در گروههای بزرگ را خنثی کنند و حتی آن را به نفع خود برگردانند؛ آنها با شکلدادن به زنجیرههای بلند و تقسیم نقشهای فیزیکی میان اعضا، به «ابرکارایی» دست مییابند. این کشف نه تنها درک ما از کار جمعی در زیستشناسی رفتاری را عمیقتر میکند، بلکه راهکارهایی الهامبخش برای مهندسی رباتیک ازدحامی و سامانههای توزیعشده فراهم میآورد. در نهایت، برای برخی موجوداتِ اجتماعی، «بیشتر» واقعاً متفاوت و بهتر است.