Проєктування і розвиток сучасних міст зараз значно ускладнено: збільшилися населення і кількість транспорту, забудова має бути технологічною, ефективною, екологічною тощо. Основним фактором впливу на міську систему називають потік. Це доволі широке поняття, яке стосується як економіки і техніки, так і соціальної та просторової організації. Міські потоки досліджують, щоб розробляти оптимальні транспортні системи та комунікації.
Сучасне проектування покладається на комп’ютерні моделі, які симулюють потоки пішоходів, автомобілів та інше міське життя. Але існує і досить незвичайний метод дизайну таких просторів – біологічний. Яскравий приклад: слизовики, найпростіші організми, здатні прокладати найкращий шлях з мінімальними витратами енергії. В одному експерименті 2010 року слизовик побудував оптимальний маршрут між точками, майже повністю повторивши карту залізниць у Токіо. Можливо, поведінку людей у містах теж можна симулювати іншими організмами?
Перевірити цю гіпотезу вирішили четверо біологів з Ізраїлю. Вони проаналізували устрій середовища у великих містах за допомогою пустельної сарани (Schistocerca gregaria). Її вибрали тому, що, за словами інших дослідників, вона являє собою “квінтесенцію колективного руху”. Комахи збиваються в рої, синхронізують своє переміщення, причому зберігають таку поведінку навіть в умовах обмеженого простору.
Ізраїльські біологи стежили за рухами сарани (як поодиноких, так і груп) за допомогою камери і комп’ютерного зору і виділяли патерни поведінки в симуляціях міського середовища. Результати експерименту опубліковані в журналі iScience.
Відеоролик, що демонструє рух сарани в трьох міських моделях: зліва – Рим, по центру – Каїр, праворуч – Нью-Йорк / © iScience, Moshe Guershon et al.
Автори роботи побудували три фізичні моделі деяких районів Нью-Йорка, Рима і Каїра в масштабі 1:200. Вулицями, ширина яких варіювалася від одного до чотирьох, бродили 50 нелітаючих особин сарани протягом чотирьох годин, поки їх знімала відеокамера. Потім траєкторію руху кожної комахи опрацювала програма LocusTracker, а біологи побудували теплові карти. Програма фіксувала швидкість сарани, тип території, на якій вона перебуває, кількість комах в одному місці тощо.
З’ясувалося, наприклад, що на широких вулицях Нью-Йорка (його топологія сітчаста), які теоретично підходять для колективного руху, скупчень було мало (20%). Але загалом комахи частіше перебували на найширших вулицях. У Римі вони поводилися інакше – це місто влаштоване ієрархічно (топологію можна порівняти з деревом алгоритму) і розраховане на бродячі натовпи туристів. Сарана, гуляючи ним, збивалася в рої однаково часто як на вузьких, так і на широких вулицях.
Нарешті, в Каїрі, який, на думку авторів наукової роботи, мав би заважати утворенню натовпів через безліч вузьких вулиць і гострих кутів, комахи однаково шукали можливість об’єднатися – більш як половина особин перебували на відносно широких просторах. Вчені зробили висновок, що потік (його якраз і представляли комахи) воліє збиратися у відкритих просторах і рухатися в основному широкими вулицями.
Перевагою такого біотехнологічного підходу може бути саме неочевидність. Комп’ютерні симуляції, як зазначили дослідники, не підсвітили б виявлені динамічні ефекти.
Але варто обмовитися, що ці моделі спрощені – у них немає правил дорожнього руху та інших обмежень. Крім того, якщо продовжувати подібні дослідження з живими комахами, можна використовувати мурах, які слідують одна за одною по феромонному сліду. У майбутньому ці методи можуть допомогти в проєктуванні нових міст.