一项针对牧羊犬如何驱赶小规模羊群的研究揭示了一种高效的两步控制法。研究发现，牧羊犬并非强行压制羊群的随机行为，而是巧妙地利用其犹豫不决的特性：先从远处引导，待羊群朝向目标后，再靠近施压促使其移动。这一发现不仅颠覆了传统上认为随机性是控制障碍的看法，还为机器人集群、无人机群和人群疏导等复杂系统的管理提供了新的思路。
一个意想不到的物理学课题
物理学家长期以来对群体行为很感兴趣，但过去的研究大多集中在大型羊群上。在大型羊群中，个体会表现出“自私”的聚集行为，即躲在群体中心以规避危险。
然而，在小规模羊群中，情况完全不同：
- 行为更随机： 羊的决定变得更加难以预测，它们会在跟随群体或自行离开之间摇摆不定。
- 控制更困难： 这种混乱和“嘈杂”的状态，对物理学家来说是一个棘手的难题——如何有效控制一个充满不确定性的系统。
乔治亚理工学院的两位生物物理学家 Saad Bhamla 和 Tuhin Chakrabortty 正是通过研究牧羊犬比赛，试图从这种混乱中找到规律。
牧羊犬的“两步法”秘诀
通过观察录像并与牧羊人交流，研究人员发现，无论是驱赶还是分离羊群，牧羊犬都遵循着一个清晰的两步策略：
- 第一步：远距离引导。 牧羊犬会先在远处轻轻“推动”羊群，但不足以引起恐慌。它会耐心等待，直到羊群自然地转向它想要的方向。
- 第二步：靠近施加压力。 一旦羊群朝向正确，牧羊犬会迅速靠近。这种突然增加的威胁感会促使羊群本能地朝着它们已经面向的方向逃跑。
与其想方设法抑制随机性，牧羊犬似乎选择拥抱它。
这种方法的精妙之处在于，牧羊犬将羊群的犹豫不决视为一种优势，而非障碍。它只需等待羊群随机地做出正确朝向，然后施加一个简单的“推力”，从而大大节省了能量。
模型的启示与局限
研究团队根据这一发现建立了一个数学模型，并由此开发出一种算法，可用于预测其他具有类似“犹豫”特征的小型群体的行为。
- 潜在应用： 这一思路对于需要引导一群无法直接沟通的个体的场景极具价值，例如在搜救任务中调度机器人集群。
- 现实局限： 其他专家指出，当前模型较为简化。例如，模型中的“羊”可以互相穿过，也没有记忆。未来的研究需要加入更多真实世界的复杂因素。
尽管如此，这项研究清晰地表明，在某些情况下，利用系统内在的随机性可能比试图消除它更为有效。正如研究者所说：“我们从一场看似简单的比赛中发掘出一个完整的故事，这本身就非常美妙。”