حل مشکل ترافیک با کمک رفتار‌ها و الگو‌های مورچه‌ها

به گزارش مجله خبری نگار،توانایی مورچه‌ها در جلوگیری از ازدحام ترافیکی و حرکت منظم می‌تواند کلیدی برای حل یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های شهر‌های مدرن – یعنی حمل‌ونقل شهری – باشد.

مورچه‌ها به حل مشکل ترافیک کمک می‌کنند

در دنیایی که ازدحام ترافیک، آلودگی و ناکارآمدی‌ها، تحرک شهری را مختل کرده‌اند، دانشمندان به طبیعت برای الهام‌گیری روی آورده‌اند.

دو استاد از دانشگاه ترنتو، مارکو گوئریری و نیکولا پوگنو، با مطالعه استراتژی‌های حرکتی مورچه‌ها تلاش کرده‌اند تا بفهمند چگونه این موجودات جریان ترافیک را بدون مشکل مدیریت می‌کنند.

این پژوهش بررسی می‌کند که چگونه مورچه‌ها، با وجود تعداد زیاد و فضای محدود، از ترافیک “ایستا-حرکتی” جلوگیری می‌کنند.

گوئریری توضیح می‌دهد:

«مورچه‌ها جزو معدود گونه‌هایی هستند که می‌توانند جریان ترافیک دوطرفه را مدیریت کنند – مشابه جاده‌های ما – و در عین حال بدون ازدحام حرکت کنند.»

این مشاهده یک سوال اساسی را مطرح می‌کند: آیا می‌توان همین اصول را به حمل‌ونقل انسانی اعمال کرد؟

مطالعه سیستم ترافیکی مورچه‌ها

برای پاسخ به این سوال، پژوهشگران حرکت مورچه‌ها را در طول یک مسیر ۳۰ سانتی‌متری – معادل ۱۰۰ برابر طول بدن هر مورچه – تحلیل کردند.

با استفاده از فیلم‌برداری و الگوریتم‌های یادگیری عمیق، آنها توانستند حرکت هر مورچه را به صورت جداگانه دنبال کرده و مسیرها، سرعت‌ها، جریان‌ها و تراکم آنها را ترسیم کنند. نتایج نشان داد سیستمی بسیار منظم وجود دارد که در آن مورچه‌ها از قوانین خاصی پیروی می‌کنند که کارایی ترافیک را بهینه می‌کند.

یکی از مشاهدات قابل‌توجه این بود که مورچه‌ها مسیر‌هایی را دنبال می‌کنند که توسط مورچه‌های رهبر با فرومون مشخص شده است. آنها در دسته‌های فشرده حرکت می‌کنند، فاصله‌های کوچک را حفظ کرده و از رفتار‌هایی مثل سبقت گرفتن خودداری می‌کنند.

گوئریری بیان کرد:

«مورچه‌ها مسیر‌های فرومونی مشخص‌شده توسط مورچه رهبر را دنبال می‌کنند و در دسته‌هایی با فاصله‌های کم و بدون سبقت حرکت می‌کنند.»

این استراتژی ساده، اما مؤثر به مورچه‌ها اجازه می‌دهد جریان ثابت را بدون وقفه‌های غیرضروری حفظ کنند. برخلاف انسان‌ها که اغلب خط‌ها را تغییر می‌دهند، سبقت می‌گیرند و رفتار‌های غیرقابل پیش‌بینی نشان می‌دهند، مورچه‌ها نوعی حرکت تعاملی و همکاری‌محور دارند که تأخیر‌ها را به حداقل می‌رساند و از گلوگاه‌ها جلوگیری می‌کند.

اگر چنین سیستمی به ترافیک شهری اعمال شود، می‌تواند به طور چشمگیری کارایی شبکه‌های حمل‌ونقل را بهبود بخشد.

سیستم‌های ترافیکی الهام‌گرفته از مورچه‌ها

افزایش استفاده از خودرو‌های متصل و خودران (CAVs) فرصتی برای بازنگری در مدیریت شبکه‌های جاده‌ای فراهم می‌کند. گوئریری پیشنهاد می‌کند که در آینده، سیستم‌های ترافیکی می‌توانند از رفتار مورچه‌ها الهام بگیرند.

او توضیح می‌دهد:

«در آینده، سیستم‌های ترافیکی برای خودرو‌های خودران (CAVs) می‌توانند از رفتار مورچه‌ها الهام بگیرند. درست همان‌طور که حشرات از طریق فرومون ارتباط برقرار می‌کنند، خودرو‌های متصل و خودران در جاده‌های هوشمند می‌توانند از فناوری‌های ارتباطی پیشرفته برای تبادل اطلاعات با یکدیگر و با مدیریت زیرساخت جاده‌ای استفاده کنند.»

با ادغام سیستم‌های ارتباطی پیشرفته، CAV‌ها می‌توانند داده‌های لحظه‌ای را با یکدیگر و زیرساخت‌های هوشمند جاده‌ای تبادل کنند. این کار به آنها اجازه می‌دهد دسته‌هایی هماهنگ – مشابه مورچه‌ها – تشکیل دهند که با سرعت بالا و فاصله‌های حداقلی بین خودرو‌ها حرکت کنند.

این دسته‌ها می‌توانند به طور کارآمد در خطوط موازی حرکت کنند و ازدحام ترافیکی را به میزان قابل توجهی کاهش داده و ظرفیت جاده‌ها را افزایش دهند.

جریان ترافیک پایدار و ایمنی بهبود‌یافته

این رویکرد چندین مزیت بالقوه دارد:

افزایش کارایی ترافیک: حرکت روان‌تر، تأخیر و زمان سفر را کاهش می‌دهد.

بهبود ایمنی جاده‌ها: خودرو‌های خودران که در دسته‌های منظم حرکت می‌کنند، احتمال تصادفات ناشی از تغییرات ناگهانی خط و رفتار‌های غیرمنظم را کاهش می‌دهند.

کاهش مصرف سوخت و انتشار گاز‌های گلخانه‌ای: جریان ترافیکی پایدار باعث کاهش مصرف سوخت و آلودگی می‌شود و به محیط‌زیست شهری پایدارتر کمک می‌کند.

این مفهوم با روند‌های گسترده‌تر در شهر‌های هوشمند و سیستم‌های حمل‌ونقل هوشمند همخوانی دارد. با گسترش مناطق شهری، استفاده از استراتژی‌های الهام‌گرفته از طبیعت می‌تواند کلید حل چالش‌های دیرینه ترافیک باشد.

آینده‌ای با تحرک روان

طبیعت همواره منبع الهام برای نوآوری‌های انسانی بوده است. از پرواز پرندگان که بر آیرودینامیک تأثیر گذاشته تا لانه‌های موریانه که معماری پایدار را الهام بخشیده‌اند، بیومیمیکری منجر به پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه‌های مختلف شده است.

اکنون، مورچه‌ها – یکی از کوچک‌ترین، اما منظم‌ترین موجودات روی زمین – می‌توانند کلید تحول در طراحی سیستم‌های ترافیکی شهری باشند.

یادگیری از مورچه‌ها

یافته‌های دانشگاه ترنتو نشان می‌دهد که با تقلید از نحوه حرکت و ارتباط مورچه‌ها، می‌توان پارادایم جدیدی برای حمل‌ونقل شهری ایجاد کرد.

اگر به درستی اجرا شود، جاده‌های هوشمند و خودرو‌های خودران می‌توانند با هم کار کنند تا شبکه‌ای بسیار کارآمد و بدون ازدحام ایجاد کنند که حرکت طبیعی مورچه‌ها را بازتاب می‌دهد.

اگرچه سیستم‌های ترافیکی کاملاً خودران هنوز در دست توسعه هستند، درس‌هایی که از مورچه‌ها گرفته شده می‌تواند به‌عنوان یک اصل راهنما برای سیاست‌های آینده حمل‌ونقل و برنامه‌ریزی زیرساخت‌ها باشد.

با مطالعه اینکه چگونه طبیعت مدیریت ترافیک را به کمال رسانده است، می‌توانیم به ایجاد شهر‌هایی هوشمندتر، ایمن‌تر و پایدارتر نزدیک‌تر شویم.

در آینده‌ای نه‌چندان دور، همان اصولی که بر حرکت مورچه‌ها حاکم است، ممکن است به انسان‌ها کمک کند تا جاده‌ها را کارآمدتر هدایت کنند و ترافیک‌های آشوب‌زده را به جریان‌های روان تبدیل کنند. طبیعت الگو را ارائه داده است – اکنون نوبت ماست که آن را به کار بگیریم. 

منبع:فوت و فن