拥挤条件下蚂蚁的最优交通组织

高效的交通是非线性科学中的一个热点课题，对现代社会和生物物种的生存至关重要。生物进化产生了丰富多样的成功解决方案，启发了工程师设计优化的人工系统。例如，觅食的蚂蚁形成有吸引力的路径，以几乎最短的可能时间支持对最初未知食物源的利用。然而，当相互作用导致延迟并降低整体流量时，这种策略能否应对瓶颈状况？在此，我们提出了一项关于蚂蚁面临两条备选路线的实验研究。我们发现，在低密度下，基于信息素的吸引作用产生一条路径；而在高度拥挤时，在交通流量受到影响之前会建立另一条路径，这保证了维持最优的食物返回速率。这种分岔现象通过非线性建模方法进行了解释。令人惊讶的是，其潜在机制基于抑制性相互作用。这意味着存在容量储备、对密度诱导的速度降低的限制，以及用于可靠路径感知的充足信息素浓度。这种内聚力与分散力之间的平衡机制在自然、城市和交通系统中似乎是普遍存在的。