Biological swarms, such as ant colonies, achieve collective goals through decentralized and stochastic individual behaviors. Similarly, physical systems composed of gases, liquids, and solids exhibit random particle motion governed by entropy maximization, yet do not achieve collective objectives. Despite this analogy, no unified framework exists to explain the stochastic behavior in both biological and physical systems. Here, we present empirical evidence from \textit{Formica polyctena} ants that reveals a shared statistical mechanism underlying both systems: maximization under different energy function constraints. We further demonstrate that robotic swarms governed by this principle can exhibit scalable, decentralized cooperation, mimicking physical phase-like behaviors with minimal individual computation. These findings established a unified stochastic model linking biological, physical, and robotic swarms, offering a scalable principle for designing robust and intelligent swarm robotics.


翻译:生物集群(如蚁群)通过去中心化且随机的个体行为实现集体目标。类似地,由气体、液体和固体组成的物理系统表现出受熵最大化支配的随机粒子运动,但并未达成集体目标。尽管存在这种类比,目前尚无统一框架来解释生物与物理系统中的随机行为。本文通过\textit{Formica polyctena}蚂蚁的实验证据,揭示了两类系统共有的统计机制:在不同能量函数约束下的最大化原理。我们进一步证明,遵循该原理的机器人集群能够展现出可扩展的去中心化协作,以极少的个体计算模拟类似物理相变的行为。这些发现建立了一个连接生物、物理与机器人集群的统一随机模型,为设计鲁棒且智能的集群机器人提供了可扩展的理论基础。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ICML2025】生成模型中潜空间的Hessian几何结构
专知会员服务
17+阅读 · 2025年6月15日
何恺明&Lecun新论文CVPR2025《无需归一化的 Transformer》
专知会员服务
18+阅读 · 2025年3月15日
AAAI 2022 | ProtGNN:自解释图神经网络
专知会员服务
40+阅读 · 2022年2月28日
AAAI 2022 | ProtGNN:自解释图神经网络
专知
10+阅读 · 2022年2月28日
【ICML2021】因果匹配领域泛化
专知
12+阅读 · 2021年8月12日
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28日
论文浅尝 | GMNN: Graph Markov Neural Networks
开放知识图谱
20+阅读 · 2020年2月14日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
NAACL 2019 | 一种考虑缓和KL消失的简单VAE训练方法
PaperWeekly
20+阅读 · 2019年4月24日
论文浅尝 | Global Relation Embedding for Relation Extraction
开放知识图谱
12+阅读 · 2019年3月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
A Survey of Large Language Models
Arxiv
499+阅读 · 2023年3月31日
Transformers in Remote Sensing: A Survey
Arxiv
25+阅读 · 2022年9月2日
Generalized Out-of-Distribution Detection: A Survey
Arxiv
15+阅读 · 2021年10月21日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
VIP会员
相关VIP内容
【ICML2025】生成模型中潜空间的Hessian几何结构
专知会员服务
17+阅读 · 2025年6月15日
何恺明&Lecun新论文CVPR2025《无需归一化的 Transformer》
专知会员服务
18+阅读 · 2025年3月15日
AAAI 2022 | ProtGNN:自解释图神经网络
专知会员服务
40+阅读 · 2022年2月28日
相关资讯
相关论文
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员