Bí mật toán học đáng kinh ngạc đằng sau 'tiếng thì thầm' của loài ong: Trăm triệu năm vẫn khiến ta bất ngờ

Hoa Hướng Dương |

Tổ tiên chúng ta đã tồn tại cùng loài ong 600 triệu năm về trước, mặc dù vậy, những bí ẩn xung quanh loại côn trùng bé nhỏ vẫn luôn khiến loài người phải kinh ngạc.

Loài ong bé nhỏ nhưng lại có thể hiểu được khái niệm toán học phức tạp

Ong là một loài côn trùng hữu ích đối với con người, ngay cả nhà bác học Albert Einstein lỗi lạc cũng cho rằng: Nếu loài ong tuyệt chủng thì không quá 4 năm sau, con người cũng sẽ biến mất khỏi Trái Đất.

Không những thế chúng còn là những 'kỹ sư xây dựng' thông minh, cũng là 'nhà toán học' thiên tài, khi tạo nên chiếc tổ hình lăng trụ lục giác hoàn hảo - Đây là cấu trúc tối ưu giúp tiết kiệm sáp ong đồng thời tạo nên thể tích không gian lớn nhất.

Chỉ riêng việc giải bài toán tối ưu khi làm tổ ong, khi thậm chí không cần thước đo, giấy vẽ, cũng đủ cho thấy ong là loài côn trùng có thiên tư toán học tuyệt vời.

Bạn đọc có thể tìm đọc thêm bài viết chi tiết về bài toán tối ưu khi ong làm tổ có tiêu đề 'Con ong giỏi toán' được đăng trong Tuyển tập 30 năm tạp chí toán học và tuổi trẻ (Trang 371).

Không dừng lại ở đó, loài ong còn là những chuyên gia trong lĩnh vực tính toán và đi lại khiến con người cũng phải học tập. Ngược lại, con người cũng có thể dạy ong về toán học và điều này không hề khó tin chút nào.

Bí mật toán học đáng kinh ngạc đằng sau tiếng thì thầm của loài ong: Trăm triệu năm vẫn khiến ta bất ngờ - Ảnh 2.

Scarlett Howard - một nhà nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ của Đại học Toulouse (Pháp). Ảnh: Quantamagazine

Scarlett Howard, một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ của Đại học Toulouse (Pháp), đã dành phần lớn thời gian để lắng nghe 'tiếng thì thầm' của loài ong và kết quả mà cô thu được thật bất ngờ. Vậy cô đã thực hiện công việc có vẻ 'điên rồ' này như thế nào? Hãy cùng theo dõi bài viết dưới đây:

Howard kiên trì thực hiện việc dạy toán học cho loài ong ngay từ khi còn là tiến sĩ về động vật học của Đại học RMIT, Melbourne, Úc và chỉ bắt đầu với 5 tổ ong được đặt trên ban công của trường đại học này.

Howard chia sẻ, ban đầu cô là người rất sợ ong nhưng sau đó đã được truyền cảm hứng bởi Phó giáo sư Adrian Dyer, người đang nghiên cứu về năng lực nhận thức của loài ong đã truyền cảm hứng cho cô.

'Loài ong có thể làm rất nhiều điều tuyệt vời, chúng có thể nhận biết khuôn mặt người và các mê cung tối' - Adrian Dyer nói với Howard. Điều này đã khiến cô tò mò về loài ong bé nhỏ và bền bỉ tiến hành các nghiên cứu cụ thể suốt nhiều năm liên tục.

Bí mật toán học đáng kinh ngạc đằng sau tiếng thì thầm của loài ong: Trăm triệu năm vẫn khiến ta bất ngờ - Ảnh 3.

Howard và tổ ong trong khuôn viên trường đại học. Ảnh: Quantamagazine

Hiện nay con số ong dùng trong nghiên cứu đã lên đến gần 50 tổ, được thiết kế tại một khu vườn nhỏ của trường. Kết quả là loài côn trùng tưởng như vô tri này lại có thể làm các phép toán đơn giản như cộng, trừ và thậm chí hiểu được khái niệm về số 0.

Đây quả là một kết quả nghiên cứu đáng kinh ngạc vì số 0 là một phát minh vĩ đại của nhân loại; con người đã mất rất nhiều thời gian sau khi phát minh hệ thống số mới có thể nhận thức được số 0 và bổ sung thêm vào trục số.

Điều đáng nói hơn là loài ong chỉ có chưa tới 1 triệu tế bào thần kinh, so với 100 tỷ tế bào của con người thì việc chúng có hiểu được ý nghĩa phức tạp của số 0 đã là một kỳ tích ấn tượng.

'Bạn có thể thấy quá trình đưa ra quyết định của ong dựa vào cách bay, cũng như chuyển động cơ thể. Nếu phải chọn 1 trong 2 đáp án, chúng sẽ không quyết định ngay. Chúng thường bay tới một lời giải trước, cùng lúc đó 'suy nghĩ thấu đáo' hơn. Nó sẽ bay đến lựa chọn còn lại nếu nhận ra lựa chọn ban đầu chưa phải là đáp án đúng' - Howard nói.

Tại mỗi thời điểm, Howard chỉ dạy 1 con ong. Cô đặt nó trước một mê cung hình chữ Y, con ong đi vào theo một lối nhỏ nằm ở chân của chữ Y này. Sau đó, nó sẽ phát hiện ra một câu đố toán học (biểu diễn bằng hình dạng hay màu sắc) được đặt sẵn ở đó.

Bí mật toán học đáng kinh ngạc đằng sau tiếng thì thầm của loài ong: Trăm triệu năm vẫn khiến ta bất ngờ - Ảnh 4.

Mê cũng chứ Y. Ảnh gốc: Quantamagazine

Trong bài học về môn số học, hình màu xanh dương sẽ có nghĩa là 'cộng thêm 1' vào số được đưa ra và hình màu vàng có nghĩa là 'trừ đi 1'. Để trả lời câu hỏi, con ong sẽ lựa chọn một trong hai phương án ở hai nhánh của chữ Y.

Nếu trả lời đúng, con ong sẽ nhận được 'phần thưởng' là một ít nước đường nằm ở nhánh chữ Y có câu trả lời đúng. Nếu trả lời sai, nó sẽ phải nhận 'hình phạt' là một ít nước tonic (một loại nước ngọt có ga trong đó quinine được hòa tan, có vị đắng) nằm ở nhánh chữ Y tương ứng.

Xem video:

Scarlett Howard và nghiên cứu về loài ong của mình

Để dạy loài ong về số 0, cô bắt đầu bằng việc luyện tập cho chúng để có thể hiểu được khái niệm 'ít hơn' cũng như bài toán cộng, trừ đơn giản và cô thường xuyên 'củng cố' hành vi khi chúng lựa chọn đáp án đúng.

Khi một cá thể ong nào đó chứng minh được nó đã 'hiểu' khái niệm 'ít hơn', cô sẽ tách riêng nó ra và tiến hành các cuộc thử nghiệm phức tạp hơn: Con ong sẽ lựa chọn những số thấp hơn trong hai số (mà con ong chưa từng thấy trước đó).

Bí mật toán học đáng kinh ngạc đằng sau tiếng thì thầm của loài ong: Trăm triệu năm vẫn khiến ta bất ngờ - Ảnh 6.

Ong mật có khả năng học tốt hơn các loài ong khác. Ảnh: Quantamagazine

Những số này được đại diện bởi một hình có màu sắc nhất định trên một chiếc bảng đặc biệt, mỗi con ong chỉ có một cơ hội lựa chọn đáp án đúng duy nhất. Những con ong thường sẽ nhận ra rằng hình đại diện số 0 (bảng trắng) sẽ là số nhỏ hơn so với bất cứ số nào khác.

Điều này dường như không cần phải qua quá trình thử đúng - sai mà có sẵn trong đầu của chúng. Từ đó, Howard kết luận rằng việc nhận thức số 0 là số nhỏ nhất so với bất cứ số nguyên dương nào khác chính là một năng lực bẩm sinh của loài ong.

Mỗi thí nghiệm, Howard dạy và kiểm tra gần 100 con ong ngẫu nhiên từ hàng ngàn con ong mà cô có được, sau mỗi lựa chọn đúng, những con ong này sẽ được thả về tổ của mình và tất nhiên là mang theo cả phần thưởng ngọt ngào.

Sau đó, những cá thể này lại tiếp tục quay trở lại vì loài ong là sinh vật Central place forager (Tạm dịch: Loài tìm kiếm địa điểm trung tâm - nghĩa là chúng có trí nhớ rất tốt và sẽ quay lại nơi có thức ăn một cách chính xác để tối ưu hóa quá trình kiếm ăn).

Lý thuyết địa điểm trung tâm (Central place foraging (CPF)) là một mô hình sinh thái học hành vi nhằm giúp các loài động vật có thể tìm kiếm thức ăn một cách tối ưu nhất để tiết kiệm năng lượng và thời gian.

Bí mật toán học đáng kinh ngạc đằng sau tiếng thì thầm của loài ong: Trăm triệu năm vẫn khiến ta bất ngờ - Ảnh 7.

Việc nghiên cứu quá trình học tập của loài ong cho thấy nhiều kết quả đáng kinh ngạc. Ảnh: Quantamagazine

Các loài động vật theo lý thuyết này (gọi là Central place forager) sẽ 'sử dụng' lý thuyết theo bản năng vì chúng được hình thành qua quá trình chọn lọc tự nhiên một cách khách quan. Không những thế chúng còn tìm cách chỉ đường cho đồng loại đến đó để lấy thức ăn, nước uống.

Để chuẩn bị cho những 'học sinh mới', Howard đã thay đổi những kích thích ở mê cung hình chữ Y bằng việc chuẩn bị tới hàng ngàn bản in trên bề mặt Laminate (một vật liệu được dùng để thay thế gỗ trong tự nhiên với tên khoa học là High-pressure laminate (HPL)), cô nói:

'Chính vì chúng được làm bằng Laminate nên tôi có thể chùi rửa chúng bằng etanol (rượu etylic) bởi vì loài ong sẽ đánh dấu bằng mùi hương. Chúng sẽ làm mọi thứ để qua mặt bài kiểm tra, chúng rất thông minh!'

'Những con ong sẽ đánh dấu câu trả lời đúng bằng mùi hương, ong không phải là loài côn trùng đơn giản như chúng ta từng nghĩ'. Việc chùi các tấm bảng rượu sẽ giúp các con ong được chỉ đường tới lấy thức ăn không thể vượt qua thử thách một cách dễ dàng.

Tuy nhiên kết quả cũng rất khả quan vì những tấm bảng trắng tượng trưng cho số 0 được chúng chọn có tỷ lệ rất cao (60 đến 70% số lần thử), việc lựa chọn ra số nhỏ hơn giữa 0 và 1 khiến các con ong gặp khó khăn hơn.

Bí mật toán học đáng kinh ngạc đằng sau tiếng thì thầm của loài ong: Trăm triệu năm vẫn khiến ta bất ngờ - Ảnh 8.

Ong có khả năng định hướng không gian rất tốt, cho phép chúng quay trở lại nguồn thức ăn dễ dàng. Ảnh: Quantamagazine

Nếu khoảng cách giữa số 0 và số còn lại lớn hơn thì chúng lại tỏ ra dễ dàng hơn trong việc giải quyết vấn đề. Một điều lý thú khác mà Howard nhận thấy khi thực hiện các thí nghiệm là không phải con ong nào cũng 'giỏi toán', một số thậm chí còn rất tệ!

Không chỉ dừng lại ở những nghiên cứu về các phép toán đơn giản như cộng hay trừ, Howard cùng các cộng sự còn muốn mở rộng thêm nghiên cứu với phép chia (như chia đôi một số), phép nhân hay nhận thức về số âm.

Tuy nhiên đây là những khái niệm rất trừu tượng với chúng vì ngay cả con người cũng phải rất lâu sau khi xây dựng hệ thống số nguyên dương mới có thể bổ sung số 0, phân số hay số nguyên âm.

Việc giúp những con ong hiểu được số âm là một thách thức rất lớn và nếu không hiểu được câu hỏi thì tất nhiên chúng cũng sẽ không thể trả lời câu hỏi được đưa ra.

Bí mật toán học đáng kinh ngạc đằng sau tiếng thì thầm của loài ong: Trăm triệu năm vẫn khiến ta bất ngờ - Ảnh 10.

Ong có thể học toán dù bộ não của chúng rất bé nhỏ. Ảnh: Quantamagazine

Ứng dụng của nghiên cứu:

Việc nghiên cứu quá trình học tập của loài ong có rất nhiều ý nghĩa với con người, mặc dù bộ não của chúng rất bé nhỏ nhưng lại mang một tiềm năng cực kỳ lớn mà con người có thể xây dựng trí tuệ nhân tạo thế hệ mới dựa vào điều này, Scarlett Howard cho hay.

Cô cho rằng nếu loài ong có thể hiểu được các khái niệm toán học phức tạp thi hệ thống trí tuệ nhân tạo AI hay hệ thống máy tính cũng có thể làm được điều này.

Một hệ thống đơn giản nhưng lại cho hiệu quả tối đa chính là bài toán tối ưu mà con người luôn tìm kiếm và loài ong sẽ giúp chúng ta giải quyết vấn đề này. Hiểu được cơ chế hoạt động của bộ não ong sẽ giúp con người tạo ra các hệ thống AI ngày càng thông minh hơn.

Đối với hệ thống máy tính, việc sử dụng nhiều năng lượng hay bộ nhớ cũng là vấn đề ảnh hưởng rất nhiều tới hiệu quả công việc và điều này hoàn toàn có thể cải thiện nếu chúng ta nghiên cứu cách thức hoạt động não bộ của loài ong.

Ngoài ra, Scarlett Howard cùng Adrian Dyer và các đồng nghiệp ở Đại học RMIT đã cùng nhau thực hiện một nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Video về Giáo dục và Sư phạm (Video Journal of Education and Pedagogy) để tìm hiểu cách các cá nhân khác nhau học tập.

Việc này có ý nghĩa rất lớn đối với giáo dục và sư phạm nhằm giúp các nhà giáo dục có được những phương pháp tối ưu để nâng cao chất lượng học tập thông qua việc thiết kế môi trường học tập thông minh hay sử dụng các phương pháp dạy riêng cho từng đối tượng học sinh.

Bài viết được dịch từ các nguồn: Smithsonianmag, Quantamagazine, Sciencealert



Đọc thêm về:

    Đọc báo VN, xem tin công nghệ mới nhất tại Soha.Bạn đọc có thể báo tin, gửi bài viết, clip, ảnh về email khampha@ttvn.vn để nhận nhuận bút cao trong vòng 24h. Đường dây nóng: 0943 113 999

    Soha
    Trí Thức Trẻ
      Công ty Cổ phần VCCorp

      © Copyright 2010 - 2021 – Công ty Cổ phần VCCorp

      Tầng 17,19,20,21 Toà nhà Center Building - Hapulico Complex,
      Số 1 Nguyễn Huy Tưởng, Thanh Xuân, Hà Nội.
      Email: btv@soha.vn
      Giấy phép số 2411/GP-TTĐT do Sở Thông tin và Truyền thông Hà Nội cấp ngày 31 tháng 07 năm 2015.
      Chịu trách nhiệm nội dung: Ông Nguyễn Thế Tân

      Liên hệ quảng cáo:
      Hotline: 0942.86.11.33
      Email: giaitrixahoi@admicro.vn
      Hỗ trợ & CSKH:
      Tầng 20, tòa nhà Center Building, Hapulico Complex,
      số 1 Nguyễn Huy Tưởng, phường Thanh Xuân Trung, quận Thanh Xuân, Hà Nội.
      Tel: (84 24) 7307 7979
      Fax: (84 24) 7307 7980

      Chat với tư vấn viên