大群动物表现出看似自发协调的群体行为是一种迷人而引人注目的集体现象。莱比锡大学的研究人员对激光控制的合成微型游泳者进行的实验现在表明，所谓的群体智能有时也可能是简单而通用的物理机制的结果。

由Frank Cichos教授和Klaus Kroy教授领导的一组物理学家发现，成群的合成布朗微型游泳者似乎自发地决定绕目标点运行，而不是直接前往目标点。他们刚刚在著名的《自然通讯》杂志上发表了他们的发现。

“对羊群和羊群行为的科学研究通常基于实地观察。在这种情况下，通常很难可靠地记录群畜的内部状态，“克罗伊说。因此，对观察结果的解释经常依赖于合理的假设，即哪些个体行为规则对于被观察的复杂集体群体是必要的。

因此，莱比锡大学的研究人员开发了一种微型游泳者的实验模型系统，该系统可以引出自然群体智能的特性，并完全控制个体的内部状态、策略以及将信号感知转化为导航反应。

得益于复杂的激光加热系统(见图)，胶体游泳者只能在显微镜下看到，可以通过一种“热泳自推进”在水容器中主动自我推进，而他们的行程则以随机方式受到布朗运动的永久干扰。

“除了在微观物理学中无处不在的布朗随机运动外，实验装置提供了对单个胶体游泳者的物理参数和导航规则的完全控制，并允许长期观察不同大小的群体，”Cichos说。

根据Cichos的说法，当所有游泳者都遵循一个非常简单和通用的导航规则时，会产生令人惊讶的复杂群体行为。例如，如果游泳者瞄准同一个固定点，而不是聚集在同一地方，可以形成一种旋转木马。与卫星或原子电子类似，游泳者然后以不同高度的圆形路径绕其迷人的中心运行。

为此唯一需要的“智能”行为规则是，自推进以一定的时间延迟响应环境感知，这通常发生在从蚊子舞蹈到道路交通的自然群体现象中。事实证明，仅这种“延迟”效果就足以形成复杂的动态模式，例如上述轮播。

“从物理上讲，如果延迟时间和游泳速度的乘积足够大，每个游泳者都可以自发地打破系统的径向对称性并进入圆周运动，”克罗伊说。相比之下，较大群体的轨道及其同步和稳定性取决于其他细节，例如个体游泳者之间的空间位阻，潜水和流体动力学相互作用。

由于生命世界中的所有信号响应相互作用都以延时的方式发生，这些发现也应该进一步理解自然群集合中动态模式的形成。研究人员故意为他们的实验选择了原始和统一的导航规则。这使他们能够对观察到的现象进行严格的数学描述。

在分析用于此目的的延迟随机微分方程时，延迟诱导的游泳运动员与自己过去的有效同步被证明是自发圆周运动的关键机制。在很大程度上，该理论使我们能够在数学上预测实验观察结果。

“总而言之，我们已经成功地为成群的布朗微型游泳者创建了一个实验室。这可以作为未来系统研究日益复杂且可能仍然未知的群体行为的基石，也可以解释为什么幼犬在喂食时经常绕着食物碗转圈，“Cichos说。