О саранче в основном известно, что это насекомое наносит огромный вред сельскохозяйственным угодьям. Её массовому распространению способствует длительная жаркая засушливая погода. Меньше известно, что саранча считается ценным компонентом экосистемы: она – источник пищи для многих птиц и насекомых. Умирая, саранча становится органическим удобрением для почвы.

Ну, а об этой способности особи и вовсе знает узкий круг профессионалов. Оказывается, насекомое обладает быстрой и точной системой предупреждения, которая позволяет ему обнаруживать приближающиеся объекты и избегать их. А стая представляет собой «квинтэссенцию коллективного движения». Насекомые сбиваются в рои, синхронизируя своё перемещение; причём сохраняют такое поведение даже в стеснённых условиях. Вдохновленные таким поведением животных, учёные создали компьютерную систему в надежде найти оптимальное решение для организации потока транспорта, а также и людей. Понимание движения транспортных потоков имеет основополагающее значение для планирования и развития города по трём очевидным причинам: уплотнение застройки и быстрый рост городов, цифровизация инфраструктуры, изменение климата, которое обуславливает необходимость развития компактных районов.

Биологи изучили мобильность транспортных потоков в крупных городах с разной топологией при помощи саранчи. Насекомых небольшими группами и роем выпускали «побродить» – полетать по улицам спроектированных городских моделей, чтобы определить места их скопления и, наоборот, коллективных быстрых переходов-перелётов. Использование живых насекомых и физических моделей городов позволило получить новые неожиданные идеи.

Исследователи спроектировали физические модели некоторых районов Нью-Йорка, Рима и Каира в масштабе 1:200. Каждый из них имеет свою топологию: Нью-Йорк ячеистую, Рим – иерархическую, Каир – пуассоновскую. По улицам, ширина которых варьировалась от 1 до 4 метров, бродили-летали насекомые. Все их перемещения снимали на видеокамеру. Затем траекторию движения каждого насекомого обработала специальная программа, а специалисты построили тепловые карты. Программа фиксировала скорость саранчи, тип территории, на которой они пребывали, количество насекомых в одном месте и т.д.

Результаты анализа карт показали, что саранча стремится исследовать всё доступное пространство, однако предпочтение отдаёт широким улицам (например, Нью-Йорк) и площадям (Каир). В Риме, где «маршируют» большие группы туристов, саранча образовывала скопления с равной частотой и на узких, и широких улицах. Подробный анализ полученных данных позволил выявить городские структуры, поддерживающие адекватное групповое передвижение, а также городские структуры, препятствующие формированию групп (в частности, множество углов и поворотов, недопустимо узкая ширина улиц), что способствует индивидуальной ходьбе, но очень ограничивает движение транспорта.

В будущих экспериментах учёные намерены продолжить изучать конкретные аспекты городской топологии и инфраструктуры, прибегая к помощи живых насекомых. Научная работа опубликована в журнале iScience.