什么社会昆虫可以教我们关于弹性基础设施

什么社会昆虫可以教我们关于弹性基础设施

事故,自然灾害和随机或有针对性的攻击可能会削弱人类基础设施。 随着人口的增长,我们的运输网络,供应链和通信网络正在不断增加,并且变得越来越复杂。

我们如何保护这些网络 变得脆弱 和失败? 社会昆虫可能会提供一些启发。

社会昆虫,如蚂蚁,蜜蜂和黄蜂,生活在一个共同的巢地。 他们:

  • 共同努力养巢;

  • 有一个(或几个)“皇后”;

  • 有生育所有的巢友的肥沃的女性(皇后); 和

  • 世代相传,年轻人和老年人共同生活。


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巢内每个人的行为有点像大脑中的神经元。 他们与巢内最近邻居的行为相互作用并作出反应。 这种社会行为可以导致令人印象深刻的壮举,比如建造大蚁丘或蚂蚁的白蚁共同组成桥梁或木筏。

当面临中断时,它也为巢提供一定的恢复能力。 通过一起工作,可以在发生较大故障之前修复一个小故障。 这被称为集体行为。 它可以看到许多物种,包括昆虫,鱼类,鸟类和人类。

我们已经可以得出人类和社会昆虫社会的相似之处。 但是对集体行为的持续研究对数学,物理学和机器人学都有影响。 它可以帮助我们设计更好,更具弹性的基础设施。

影响因素

导致社会昆虫抵御能力的两个因素是分散控制,冗余和转换工作行为。

在昆虫社会里,没有领导者,也没有蓝图。 这种分散控制意味着每个人都是基本上可以替代的,这就使得殖民地能够抵抗个人的损失。

而且,对系统的破坏 - 殖民地 - 可以在发生时处理,而不需要与管理人员进行耗时的沟通。 人类系统越来越分散,往往依靠互联网,甚至我们的互联网服务也变得更加集中。

想想Google的精简性质。 它不仅提供搜索引擎,还提供电子邮件服务,日历和Google文档等服务。 通过单一的集中式服务来管理我们的在线生活更容易,更方便。 但是,如果Google的某个方面因为在线攻击而遭到破坏,那么通过系统的级联失败可能会削弱对这些服务的访问。

尽管“像蜜蜂一样忙”这个短语,但是许多社会昆虫群体实际上却保留着大量看似“懒惰”的个体,而这些个体并不起作用。 这些个人,被称为 多余的个人或不活跃的工人,作为一个安全网,允许一个巢快速响应中断 - 如工人的失去,或掠夺者的攻击。

昆虫也能够 切换作业 以应对中断。 在一个窝里,个人可能会有专门的工作,这可以提高窝内的效率。 但是在中断的时候,个人可以转换工作来弥补差距。

这与我们的志愿者紧急服务类似,如国家紧急服务(SES)。 SES志愿者通常在其他领域工作。 但是,当紧急情况发生时,他们能够做出反应并帮助解决问题。

也许更广泛的技能培训将允许人们在我们的基础设施受到一些干扰时提供帮助。

这怎么可能为人类吸取教训?

通过研究社会昆虫的集体行为,以及在面临干扰时能够保持灵活性的方式,我们可以借鉴这些经验教训来激励基础设施的发展,并防止其发生大规模的失败。

社会昆虫千百年来已经发展出各种解决方案来应对不同的破坏。 试图在人际网络上进行实验往往是不可能和不道德的,但我们可以直接对社会昆虫进行实验。

这并不是说社会昆虫系统是人类系统的代表,而是通过比较众多的社会昆虫系统,通过研究人类个案研究(通常从自然灾害后的结果)和开发模拟,我们可以开始了解一般特征有助于跨越不同尺度和干扰类型的复原力。

这也是双向的。 通过借鉴物理学,经济学和工程学等其他学科韧性工作的思想,工具和概念,我们可以更好地理解社会昆虫韧性背后的机制。

总之,这可以使人们更好地理解可以应用于设计更好的人类基础设施的复原力。

关于作者

谈话Middleton Eliza悉尼大学昆虫学与病虫害综合管理博士后Eliza Middleton。 她广泛关注行为生态学,并特别强调集体行为,交流和基础设施的复原力。

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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