Общественный образ жизни и сложное социальное поведение характерны для огромного множества живых существ — от бактерий до человека включительно. Одной из высших форм социального поведения считается коллективное принятие решений (например, когда весь коллектив должен выбрать один из двух взаимоисключающих вариантов поведения). Такая форма коллективной самоорганизации особенно распространена у членистоногих (в первую очередь, у общественных насекомых) и позвоночных.

В настоящее время специалисты по робототехнике активно используют сведения, полученные биологами при изучении поведения общественных животных, в разработке многокомпонентных самоорганизующихся систем — «коллективов» слаженно функционирующих роботов. Для самоорганизации необходимо, чтобы животные (или роботы) при принятии решения учитывали наряду с другой поступающей извне информацией также и данные о поведении товарищей.

Весьма интересным направлением исследований является создание роботов, способных «входить в доверие» к животным, внедряться в их коллективы и влиять на их поведение. Широкую известность приобрели эксперименты с роботами-пчелами, которые внесли огромный вклад в расшифровку языка пчелиных танцев (см. об этих исследованиях в статье Ж. И. Резниковой «Язык животных: подходы, результаты, перспективы...»). Впрочем, искусственные пчелы в этих экспериментах не были полноправными членами пчелиного коллектива. Они могли передавать информацию живым пчелам, но сами не реагировали на их поведение (действия робота полностью программировались человеком).

Искусственные тараканы, созданные большой группой европейских ученых — этологов и робототехников, — хотя внешне и не очень похожи на свой шестиногий прототип, в плане поведения представляют собой намного более точную имитацию живого насекомого.

Роботы имеют такую же длину тела, что и тараканы, и двигаются с такой же скоростью. Они отличают убежище (см. рисунок) от открытого освещенного пространства и способны оценить степень затененности. Кроме того, они чувствуют близость других тараканов и роботов, и это влияет на их поведение.

Алгоритм поведения тараканов в экспериментальной установке довольно прост. Сначала они хаотически бегают по всему тазику — исследуют обстановку. На этом этапе поведение их не является коллективным, оно не зависит от действий других насекомых, если не считать того, что тараканы все-таки чуют друг друга и избегают лобовых столкновений. Найдя одно из двух укрытий, таракан прячется там и какое-то время отдыхает, причем продолжительность отдыха зависит от двух параметров:

    1) от затененности, то есть от «качества» убежища (тараканы предпочитают отдыхать там, где потемнее);

    2) от присутствия товарищей: чем больше в убежище других тараканов, тем меньше вероятность, что в следующий момент времени данный таракан сорвется с места и помчится на поиски лучшей доли. Таким образом, чем больше в убежище тараканов, тем привлекательнее оно для их товарищей.

Этих простых правил оказывается вполне достаточно для того, чтобы в системе произошла самоорганизация, которая в данном случае заключается в том, что все тараканы в конце концов оказываются в одном убежище.

Роботов запрограммировали на точно такое же поведение. Сначала они рыщут по тазику в поисках убежища, стараясь не врезаться в других тараканов и роботов. Найдя убежище, они прячутся там, причем время «отдыха» зависит от тех же факторов, что и у живых тараканов, то есть от затененности и от количества товарищей. Правда, в отличие от живых тараканов, которые всегда предпочитают густую тень, роботов можно запрограммировать на предпочтение менее затененного убежища.

Чтобы тараканы приняли роботов за своих, форма тела не важна, но огромное значение имеет запах. В ходе предварительных экспериментов исследователи выяснили, какие именно вещества составляют основу той запаховой «визитной карточки», по которой тараканы идентифицируют друг друга. Этими веществами оказались определенные углеводороды, имеющиеся на поверхности тела тараканов. Экспериментаторы научились смывать эти вещества с тараканов при помощи специальных растворителей. Каждого робота заворачивали в фильтровальную бумажку, пропитанную тараканьим запахом в необходимой концентрации (чтобы на каждый квадратный миллиметр поверхности робота приходилось столько же пахучих веществ, сколько их имеется на теле живых тараканов). Этого оказалось достаточно, чтобы тараканы отнеслись к роботам с полным доверием и приняли их в свой коллектив.

В первой серии экспериментов роботы были запрограммированы на предпочтение темного убежища. Оказалось, что в этом случае смешанные группы из 12 тараканов и 4 роботов «самоорганизуются», «принимают коллективные решения» и вообще ведут себя совершенно так же, как и контрольные группы, состоявшие из 16 тараканов без роботов. Сидящие в убежище роботы и тараканы были в одинаковой степени «привлекательны» друг для друга. Таким образом, тараканы действительно принимали роботов за своих.

Это позволило ученым перейти ко второй серии экспериментов, целью которой было доказать, что роботы могут управлять коллективным поведением животных. Роботов запрограммировали на предпочтение менее затененного убежища. Теперь между поведением контрольных и смешанных групп выявились четкие различия. Контрольные группы из 16 тараканов выбирали светлое убежище только в 23% случаев. Смешанные группы из 12 тараканов и 4 роботов выбирали его гораздо чаще. В 61% случаев тараканы послушно шли за роботами в менее качественное убежище. Вот что значит стадный инстинкт!

Впрочем, всё было по-честному: в роботах ведь тоже было заложено уважение к мнению коллектива, и в остальных 39% случаев роботы в итоге оказывались вместе с шестиногими друзьями в темном убежище, хотя им самим больше нравилось светлое. Иногда выбор того или иного убежища инициировался роботами, иногда — тараканами. Важно, что роботы в этих экспериментах не были просто механизмами для управления поведением животных (как это было, например, в случае с роботами-пчелами, которые своим танцем направляли живых пчел в ту или иную сторону). Роботы участвовали в принятии коллективного решения наравне с живыми тараканами. В этом состоит главное отличие данного исследования от предыдущих опытов по внедрению роботов в коллективы животных.

Значение данной работы, конечно, не в том, что теперь можно при помощи роботов заманивать тараканов в ловушки (хотя, конечно, это тоже интересная мысль). Фактически, люди получают новый мощный инструмент воздействия на поведение больших групп животных.

В заключительной части статьи авторы выражают надежду, что в недалеком будущем подобные методы можно будет применять и к позвоночным. При помощи программируемых роботов, внедряемых в коллективы животных, можно будет решать самые разные проблемы — от научных до экономических и природоохранных.