Η κυκλοφορία δεν θα εμπόδιζε αν οι οδηγοί συμπεριφέρονταν σαν μυρμήγκια
Καθώς κάποιος τόσο μπερδεμένος από την κίνηση έγραψα ένα βιβλίο γι 'αυτό, έχω μια σχεδόν κλινική αποστροφή για την κυκλοφοριακή συμφόρηση. Η παγκόσμια προεπιλεγμένη στρατηγική μου είναι απλώς να οδηγώ όσο το δυνατόν λιγότερο, αλλά υπάρχουν στιγμές που πρέπει απλώς να βάλω το πόδι στο πεντάλ του γκαζιού. Όπως πολλοί, έχω γίνει ολοένα και περισσότερο εξαρτημένος από την εφαρμογή Waze, η οποία, μέσω του smartphone κάθε οδηγού, μετατρέπει μια ασυνήθιστη, αδιαφοροποίητη μάζα προγραμμάτων οδήγησης σε κάτι που μοιάζει με μια συλλογική μορφή δικτυωμένης νοημοσύνης.
Ο Waze, μου πέρασε από το μυαλό τις προάλλες ενώ βρισκόμουν σε μια απροσδόκητη συμφόρηση (η οποία είχε επισημανθεί δεόντως από τουλάχιστον 13 "Wazer"), μας βοηθά να μετατραπούμε σε μυρμήγκια. Κάθε φορά που οι οδηγοί ταξιδεύουν σε μια διαδρομή, το Waze παρακολουθεί την ταχύτητά τους—πληροφορίες που μπορούν στη συνέχεια να μεταδοθούν σε κάθε επόμενο οδηγό. Σε περίπτωση που κάτι απειλεί να διακόψει αυτό το μονοπάτι—ένα ακινητοποιημένο αυτοκίνητο, μια σύγκρουση ή ο αόριστα απαίσιος «κίνδυνος στο δρόμο»— οι πρώτοι οδηγοί που θα το συναντήσουν μπορούν να αφήσουν λίγα ηλεκτρονικά ψίχουλα στο πέρασμά τους. Εάν απομένουν αρκετά από αυτά τα φανταστικά μονοπάτια, κάποιο ποσοστό των επόμενων χρηστών του Waze μπορεί να ανακατευθυνθεί σε άλλη διαδρομή.
Όλα αυτά είναι εντυπωσιακά παρόμοια με τη δυναμική της κίνησης που υπάρχει στις αποικίες μυρμηγκιών. Δεν προκαλεί έκπληξη, λοιπόν, ότι τα μυρμήγκια έχουν αποδειχθεί τόσο συναρπαστικά για τους ερευνητές του δικτύου.
Ο Βέλγος ερευνητής Marco Dorigo πιστώνεται με την πρώτη εργασία, στις αρχές της δεκαετίας του 1990, σε αυτό που σήμερα ονομάζεται ευρέως «βελτιστοποίηση αποικίας μυρμηγκιών» (συνήθως βραχυκυκλώνεται με το ACO), μια στρατηγική για την οργάνωση της κίνησης που βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην πραγματική συμπεριφορά των μυρμηγκιών. Όπως το περιέγραψε σε μια πρώιμη εργασία, «ενώ περπατούν από τις πηγές τροφής στη φωλιά και αντίστροφα, τα μυρμήγκια εναποθέτουν στο έδαφος μια ουσία που ονομάζεται φερομόνη, σχηματίζοντας με αυτόν τον τρόπο ένα ίχνος φερομόνης. Τα μυρμήγκια μπορούν να μυρίσουν τη φερομόνη και, όταν επιλέγουν τον τρόπο τους, τείνουν να επιλέγουν, κατά πάσα πιθανότητα, μονοπάτια που χαρακτηρίζονται από ισχυρές συγκεντρώσεις φερομόνης."
Σε ένα είδος ενάρετου κύκλου (ο Dorigo τον αποκαλεί «αυτοκαταλυτική ανάδραση»), όσο πιο σύντομη είναι η διαδρομή, τόσο πιο γρήγορη είναι η συσσώρευση φερομόνης (και επομένως τόσο πιο επιθυμητή η διαδρομή). Οι συγκεντρώσεις φερομόνης εξατμίζονται με την πάροδο του χρόνου, αφήνοντας τις μη βέλτιστες διαδρομές να μαραίνονται. Ομοίως, στο Waze, οι οδηγοί μπορούν να «αντιχειριστούν» τις αναφορές συμφόρησης προς τα πάνω ή προς τα κάτω, ένα είδος «ηλεκτρονικής φερομόνης» που βοηθά τους άλλους οδηγούς να αποφεύγουν τις πιο αργές διαδρομές. (Τι και πόσο Οι πληροφορίες πρέπει πραγματικά να δίνονται στους οδηγούς για να επιτύχουν την ευρύτερα βέλτιστη λύση είναι ένα δύσκολο πρόβλημα.)
Αυτά τα «ίχνη στο περιβάλλον», σε μια διαδικασία που γενικά αναφέρεται ως «stigmergy», βοηθούν να εξηγηθεί πώς απλοί πράκτορες, χωρίς μεγαλύτερη μετα-ικανότητα επικοινωνίας, συντονισμού ή δομής των δικτύων μεταφοράς τους, μπορούν να επιδείξουν μια τέτοια «εκπληκτικά έξυπνη συλλογική συμπεριφορά .» Οι άνθρωποι δεν είναι τόσο ανελέητα αποτελεσματικοί—ο ερευνητής των μεταφορών του Πανεπιστημίου της Μινεσότα, Ντέιβιντ Λέβινσον, διαπίστωσε, σε μια μελέτη, ότι μόνο το 15 τοις εκατό των καθημερινών επιβατών ήταν στη συντομότερη δυνατή διαδρομή.
Η βελτιστοποίηση της αποικίας μυρμηγκιών έχει μεταναστεύσει με εντυπωσιακή ταχύτητα και εμβέλεια και έχει χρησιμοποιηθεί σε όλα τα είδη ερευνητικών αναζητήσεων, από την εκτίμηση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στην Τουρκία έως το σχεδιασμό αλυσίδων εφοδιασμού έως το σχεδιασμό ψηλών προβλήτων γεφυρών έως την εκμάθηση ρομπότ.
Αλλά όπως μπορείτε να φανταστείτε, οι ερευνητές στον τομέα των μεταφορών έχουν προσελκύσει ιδιαίτερα την προσέγγιση - και, φαίνεται, με καλό λόγο. Σε μια εργασία του 2012, πολιτικοί μηχανικοί από το Πανεπιστήμιο A&M του Τέξας ήθελαν να δουν εάν η βελτιστοποίηση αποικίας μυρμηγκιών αντιμετώπισε μια προσέγγιση «γενετικού αλγόριθμου» για ένα κοινό πρόβλημα στην μηχανική κυκλοφορίας:Πώς να συντονίσετε καλύτερα το χρονοδιάγραμμα για ομάδες σημάτων κυκλοφορίας όταν η κυκλοφορία είχε φτάσει επίπεδα «υπερκορεσμού».
Ένας γενετικός αλγόριθμος, όπως αντικατοπτρίζει το όνομά του, μιμείται τη διαδικασία της φυσικής επιλογής. «αναζητά» την καλύτερη λύση σε ένα πρόβλημα —όπως φαίνεται να κάνει η εξέλιξη, στην προσαρμογή των οργανισμών στο περιβάλλον τους— τροποποιώντας πιθανές λύσεις, σε αυτήν την περίπτωση τον συντονισμό των φωτεινών σηματοδοτών, σε μια επαναληπτική διαδικασία.
Το ACO άρχισε να ξεπερνά τον γενετικό αλγόριθμο καθώς αυξανόταν ο αριθμός των «εκτελειών μοντέλων». όπως σημείωσαν οι συγγραφείς, «αυτό υποδηλώνει ότι η ACO μπορεί να χειριστεί καλύτερα πιο περίπλοκες καταστάσεις κυκλοφορίας στον πραγματικό κόσμο που θα απαιτούσαν μεγάλο αριθμό προσομοιώσεων για να επιτευχθεί σύγκλιση». (Φυσικά, η βελτιστοποίηση της αποικίας μυρμηγκιών ποικίλλει με όλους τους τρόπους από την κυκλοφορία του «πραγματικού κόσμου». καλά, άνθρωπε). «Αυτό δείχνει», συνεχίζουν οι συγγραφείς, «ότι εντοπίζονται καλύτερες λύσεις για την ίδια υπολογιστική ισχύ, ειδικά όταν μπορεί να διατεθεί ο υπολογιστικός χρόνος για την αναζήτηση της καλύτερης δυνατής λύσης και ότι η ACO μπορεί να είναι μια καλή εναλλακτική λύση για την επίλυση πολύ περίπλοκα δίκτυα."
Ένας λόγος που τα μυρμήγκια φαίνεται να αποδίδουν τόσο καλά είναι η αυστηρή, μη εγωιστική προσήλωσή τους σε αυτούς τους εξελιγμένους αλγόριθμους συμπεριφοράς. Σε ένα συναρπαστικό πείραμα που δημοσιεύθηκε τον Απρίλιο, τα μυρμήγκια τοποθετήθηκαν σε ένα θάλαμο με δύο εξόδους. Στο θάλαμο προστέθηκαν ποικίλες αναλογίες ελαίου κιτρονέλλας - το οποίο τα μυρμήγκια αντιπαθούν έντονα - («Έγιναν όλες οι προσπάθειες για να ελαχιστοποιηθεί η ταλαιπωρία») και οι επιστήμονες παρακολούθησαν πώς έβγαιναν τα μυρμήγκια από το θάλαμο. Για σύγκριση, εκτελέστηκε μια προσομοίωση σε υπολογιστή για να δούμε πώς θα είχαν βγει οι άνθρωποι (χρησιμοποιώντας το «Μοντέλο Κοινωνικής Δύναμης» του Dirk Helbing για τη συμπεριφορά των πεζών). Όπως σημείωσαν οι ερευνητές, «οι διαφορές μεταξύ των προβλέψεων του Μοντέλου Κοινωνικής Δύναμης και των συμπεριφορών των μυρμηγκιών είναι αξιοσημείωτες». Εκεί που οι άνθρωποι έκαναν αμέσως -και άρχισαν να μπλοκάρουν- τις εξόδους, «τα μυρμήγκια απλώθηκαν στην πλειονότητα της περιοχής», χρησιμοποιώντας μια ευρύτερη περιοχή (εκτός από αυτή που ήταν πιο κοντά στην επιθετική σιτρονέλλα). Με ένα είδος εφέ "πιο αργό-είναι-γρηγορότερο", με το να τακτοποιηθούν πιο προσεκτικά νωρίτερα, απέφυγαν να μπλοκάρουν τις εξόδους.
Αυτή η τάση των ανθρώπων να ακολουθούν στρατηγικές «εγωιστικής δρομολόγησης», εις βάρος του μεγαλύτερου δικτύου, έχει παρατηρηθεί εδώ και καιρό στην κίνηση. Όπως διατύπωσε για πρώτη φορά ο Άγγλος μαθηματικός και ερευνητής των μεταφορών John Glen Wardrop, στην περίφημη «ισορροπία του Wardrop», αυτό που είναι καλύτερο για μεμονωμένο οδηγό («ισορροπία χρήστη») δεν είναι απαραίτητα αυτό που είναι καλύτερο για την κυκλοφορία στο σύνολό της («ισορροπία συστήματος» ). Σε μια μελέτη στην περιοχή της Βοστώνης που χρησιμοποίησε ανώνυμα δεδομένα κινητών τηλεφώνων, για παράδειγμα, μια ομάδα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης διαπίστωσε ότι η ακύρωση μόνο του 1 τοις εκατό των ταξιδιών από ένα γεωγραφικά στοχευμένο τμήμα προέλευσης των μετακινήσεων θα μείωνε όλα τα ταξίδια των οδηγών κατά 18%.
Τα ατελείωτα συνεργάσιμα και ευκοινωνικά μυρμήγκια δεν θα άφηναν αυτή τη μεγαλύτερη αναποτελεσματικότητα του δικτύου να σταθεί. Ο μεγάλος αντίκτυπος στην κυκλοφορία ενός μικροσκοπικού τομέα επιβατών δείχνει τη σαφή αδυναμία στα δίκτυά μας μεταφορών:Ποιος θα πει ότι το 1 τοις εκατό των επιβατών στη Βοστώνη να μην οδηγεί ή να αλλάζει δρομολόγιο, ενώ όλοι οι άλλοι συνεχίζουν κανονικά;
Ο Tom Vanderbilt γράφει για το σχέδιο, την τεχνολογία, την επιστήμη και τον πολιτισμό, μεταξύ άλλων θεμάτων. Ακολουθήστε τον στο Twitter @tomvanderbilt .
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΤΕ:Ο θεωρητικός επιστήμονας υπολογιστών Scott Aaronson σχετικά με το εάν οι πληροφορίες επιστρέφουν κρυφά την τελεολογία στη φυσική.
Αυτή η κλασική ανάρτηση Facts So Romantic δημοσιεύτηκε αρχικά τον Ιούνιο του 2016.
