Sydney : Imaginez que vous cherchez une place de parking lors d’un événement bondé. Vous en trouvez un loin de votre destination. Décidez-vous de le prendre ou d’investir plus de temps dans la chasse à un meilleur endroit qui peut exister ou non ?
Vous pouvez résoudre cette décision en « budgétisant » : en limitant les ressources (le temps) que vous consacrerez à la recherche d’une meilleure option avant de vous contenter de la moins bonne. Cette stratégie, qui nous permet de réduire nos pertes lorsque les choses ne se déroulent pas comme nous l’avions espéré, est couramment utilisée lorsque nous ne pouvons pas connaître à l’avance la rentabilité de nos choix.
Prendre des décisions dans l’incertitude est un problème auquel nous sommes tous confrontés. Dans une nouvelle recherche publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences, nous montrons que les fourmis tisserandes (Oecophylla smaragdina) – un peu comme les humains – le gèrent en budgétisant leur investissement dans une tâche au rendement incertain.
Les fourmis tisserandes comblent les lacunes avec leur propre corps
Les fourmis tisserandes relient leurs corps pour former des structures en forme de pont appelées «chaînes suspendues», qu’elles utilisent pour traverser les lacunes rencontrées le long des sentiers. Les chaînes s’étendent sur plusieurs fois la taille d’une fourmi individuelle et, plus frappant encore, sont auto-organisées.
Cela signifie que les chaînes sont formées sans l’aide de leaders ou de plans externes. Au lieu de cela, chaque individu réagit uniquement à son environnement et aux interactions locales avec ses voisins.
Comprendre l’auto-organisation est essentiel pour comprendre le comportement collectif des groupes d’animaux – des volées d’oiseaux aux essaims d’insectes – et d’autres systèmes, y compris les foules humaines et les flux de circulation.
Les chaînes sont un pari
Construire une chaîne a un coût pour la colonie. Les fourmis de la chaîne ne peuvent pas participer aux tâches importantes de la colonie telles que la défense du nid et la recherche de nourriture. Le coût de la chaîne est proportionnel à sa longueur : des chaînes plus longues sont plus coûteuses, car elles occupent plus de fourmis.
Les chaînes offrent également un avantage majeur : elles permettent aux fourmis d’explorer des zones qui seraient autrement inaccessibles, ce qui peut offrir des sources de nourriture à la colonie. Cependant, si une zone contient une ressource rentable, les fourmis ne l’ignorent qu’une fois la chaîne terminée.
Cela fait de la construction de chaînes un pari. Les colonies doivent investir du capital (un certain nombre de fourmis) pour former une chaîne, qui peut ou non être payante.
Dans notre étude, nous avons demandé si, comme les humains, les fourmis budgétisent leur investissement dans une tâche lorsque les gains sont inconnus. Nous nous attendions à ce que les fourmis arrêtent de former des chaînes lorsque l’écart à combler deviendrait trop grand, car le coût de la chaîne deviendrait trop élevé.
Un mécanisme simple pour une décision complexe
Nous avons d’abord mis les fourmis au défi de combler des espaces verticaux de 25 mm, 35 mm et 50 mm de hauteur. Les fourmis pouvaient confortablement former des chaînes dans cette gamme, ce qui nous a permis de déterminer avec précision les règles qu’elles utilisent pour construire des chaînes.
Une analyse détaillée du comportement des fourmis a révélé que les événements de jonction et de départ se produisent principalement dans la partie la plus basse (1 cm) des chaînes. Cela indique que les fourmis sont incapables de quitter leur position si un ou plusieurs individus commencent à s’y accrocher.
Nous avons ensuite découvert que les fourmis décidaient combien de temps rester dans une chaîne en évaluant visuellement leur distance par rapport au sol en dessous. Plus la fourmi est proche du sol, plus elle reste longtemps dans la chaîne.
La formation de la chaîne est ainsi modulée par une règle simple : chaque fourmi reste dans la chaîne un temps proportionnel à sa distance au sol, et reste bloquée si une ou plusieurs fourmis se suspendent à elle. La fourmi ne pourra alors se déplacer que si la ou les autres fourmis partent.
Cette règle peut-elle prédire une distance au-delà de laquelle les fourmis cessent de former des chaînes ? Nous avons répondu à cette question en utilisant un modèle mathématique, qui prédit que les fourmis devraient cesser de former des chaînes lorsque l’écart est supérieur à 89 mm.
Pour confirmer ces prédictions, nous avons demandé aux fourmis de former des chaînes sur des espaces de 110 mm – une distance bien au-delà du seuil prédit par notre modèle. Comme prévu, les fourmis n’ont jamais formé de chaînes au-dessus de ces lacunes.
Inciter les fourmis à investir davantage
Si les fourmis utilisent la vision pour évaluer leur distance par rapport au sol, nous devrions pouvoir les inciter à construire de très longues chaînes (supérieures à 90 mm) en maintenant le sol à une distance constante du bas de la chaîne.
Nous avons mené une expérience supplémentaire où nous pouvions abaisser la plate-forme que les fourmis devaient atteindre à l’aide d’un curseur. Au fur et à mesure que la chaîne grandissait, nous avons abaissé la plate-forme, la gardant juste hors de portée des fourmis. En utilisant cet appareil, nous avons amené des fourmis à former des chaînes aussi longues que 125 mm.
Comme lorsque nous nous fixons une limite de temps pour trouver un parking, les fourmis fixent une limite de distance avant d’abandonner. Et ils le font en utilisant une règle simple – rester dans la chaîne pendant une durée proportionnelle à votre distance au sol.
Nos résultats révèlent comment des règles simples peuvent guider les groupes dans la prise de décisions collectives adaptatives en l’absence d’informations sur les gains. Non seulement cela nous aide à comprendre les fourmis, mais cela fournit également un algorithme de prise de décision dans des scénarios incertains, qui peut être appliqué dans des systèmes artificiels multi-agents tels que la robotique en essaim. (La conversation) GRS GRS