Wieże termidorskie: architektura bez architekta

Budowanie z zapachu zamiast planu

Wieże termidorowe są wśród największych struktur, jakie wyrządzają jakiekolwiek stworzenia — niektóre afrykańskie i australijskie gatunki wznoszą wieże kilkunastu metrów wysokości z pracujących jednostek o wielkości tylko kilku milimetrów, co jest równoznaczne z ludźmi budującymi skrzyżowanie wież wyższe od Wzgórza Everest bez rysunków, pomiarów ani jednej osoby, która zrozumiałaby ogólny projekt. Żaden termidor nie nosi w pamięci obrazu zakończonej wieży. To, co trzyma każdy pracujący, to mała kropelka gleby mieszanej z śliną i feromonem, oraz proste prawo zachowania określające, gdzie ją położyć.

Stigmergia: koordynacja poprzez środowisko

Francuski biolog Pierre-Paul Grasse wprowadził termin stigmergia w 1959 roku, aby opisać właśnie ten zjawisko: pracownicy koordynują się nie bezpośrednim komunikacją między sobą, ale modyfikując wspólny fizyczny okolicznościowy obraz. Każda modyfikacja staje się sygnałem dla działania następnego pracownika. Pieluch już zdeponowany zawiera feromon; przechodzący pracownik jest bardziej prawdopodobnie, że doda swój własny pieluch blisko silnego sygnału feromonalnego niż słabej, ponieważ koncentracja feromonów jest kryterium reagowanym przez zasady. Ponieważ piełucha ziemna ma większą powierzchnię i silniejszy gradient zapachu, gdy leży obok innych piełuchów, depozyty clusterują się, a clusterzy przyciągają jeszcze więcej depozytów — to samo pętlę odwrotnego zwrotu, która steruje formacją ścieżek mrówki i sieciami glinianych glonów, zastosowana tutaj do solidnej konstrukcji zamiast ścieżki chemicznej.

zasada pracownika, powtarzana przez tysiące indywidualnych jednostek niezależnie: wyczuwaj koncentrację feromonów w sąsiednich komórkach poruszaj się w kierunku najmocniejszego sygnału w poblizu (z pewnym losowym eksplorowaniem) jeśli stoisz lub jesteś blisko istniejącej struktury i feromon jest wysoki: zdeponuj piełuch ziemny, przemazany feronomami, tutaj pole feromonalne zanika i rozpraszane jest na każdym ticku To wystarczy, aby rosnące od ziemi w górę kolumny zacumowane z glinianego piełucha. Ciekawym jest to, co nastąpi dalej: dwie bliskie kolumny, każda niezależnie najmocniejszym źródłem feromonów dla pracujących budujących je, zaczynają się niszczyć nawzajem, gdy ich szczeliny zaczną się wypełniać piełuchami przesuniętymi ku gradientowi zapachu sąsiedniej kolumny. Ostatecznie dwie kolumny spotykają się i łączą w łuk. Żadna termita nie postanowiła budować łuku — łuk to, co wygląda na dwa niezależnie rosnące, wzajemnie przyciągające pilory, gdy się dotkną.

worker rule, repeated by thousands of individuals independently:
  sense pheromone concentration in nearby cells
  move toward the strongest nearby signal (with some random exploration)
  if standing on/near existing structure and pheromone is high:
      deposit a mud pellet, laced with pheromone, here
  pheromone field decays and diffuses every tick

Z łuków do cegielnic

Powtórź ten proces kolumn i łuków na skalę, przez miesiące lub lata i miliony godzin pracy, a z accumulatego budynku rozwijają się wewnętrzne komory, połączone galerie, a w wielu gatunkach budujących wzgórza — system pionowych cegielnic i porowanych ścian zewnętrznych. Badacze badający żywe wzgórza za pomocą skanowania CT i śladów farby znalezli, że ta wewnętrzna architektura nie jest przypadkowa: funkcjonuje jako system pasywnego ventilacji, korzystając z różnic temperatury i nacisku powietrza spowodowanego prądem między powierzchnią wzgórza a jego wnętrzem, aby prowadzić wolne, ciągłe wymiany powietrza bez żadnego termity aktywnie węszyjącego czy pompującego. Wzgórze na powierzchni zachowuje się prawie jak organ oddechowy zewnętrzny dla kolonii żyjącej pod nim.

Regulowanie klimatu dla milionów

Duża kolonia termidora, oraz w gatunkach rosnących grzyby podziemne ogrody, produkują znaczącą ilość ciepła i dwutlenku węgla. Sieć sztuczek w wieży wydycha ten dwutlenek węglowy i nadmierny ciepł, przenosząc je na powierzchnię, podczas gdy grubawe zewnętrzne ściany ochroniłyby wnętrze przed drastycznymi zmianami temperatury dziennych i nocnych w savanach lub pustyniach nadmiarowych. Wynik tego jest mierzone: temperatura i wilgotność wewnątrz wieży mogą utrzymać się znacznie stabilniejsze niż otoczenie po przekroju 24-godzinnej cyklu, osiągając klimat kontrolowany bez termometru, bez sieci czujników w sensie inżynieryjnym i bez centralnego sterownika — tylko rozproszone pracownicy reagują na lokalne sygnały, powtarzając to przez długi czas.

Dlaczego to ważne poza entomologią

Konstrukcja termidorów stanowi jedną z podstawowych studiów dla dziedziny inteligencji grupy: skomplikowane, adaptacyjne, wydaje się celowe struktury powstające z wielu prostońcowych agentów bez centralnego koordynatora. Architekci jasnymi słowy odnajdują w zasadach pasywnego ventilacji wież termidorowych inspirację dla projektowania budynków — Najlepszym przykładem jest Centre Eastgate w Harare, Zimbabwe, który używa strategii ventilacji podobnej do tej, która występuje u termidorów, co znacznie obniża jego wydatki na chłodzenie w porównaniu z konwencjonalnym budynkiem o takim samym rozmiarze. Taka sama logika stigmergiczna — zrozumieć lokalny stan wspólnego pola, działania mające na celu potęgowanie lub tłumienie tego stanu, a pozostawienie pola do koordynacji — powtarza się dalej w całym innym sekcjach tej strony dotyczących biologii i algorytmów, od foragowania mrówek do ścieżek narzędzi 3D-drukarzy nawiązujących do tego samego rodzaju de-centralizowanej konstrukcji.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Termite Mound Construction Dynamics i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.