Správanie roja

Hniezdo vtáčích zobákov sa správa ako kŕdeľ

Húfové správanie alebo rojenie je kolektívne správanie, ktoré sa prejavuje u živočíchov podobnej veľkosti, ktoré sa združujú, možno sa zhromažďujú na tom istom mieste alebo sa hromadne pohybujú či migrujú určitým smerom. Termín rojenie sa používa najmä v prípade hmyzu, ale môže sa vzťahovať aj na akékoľvek iné živočíchy, ktoré vykazujú rojové správanie. Termín „kŕdlenie“ sa zvyčajne používa na označenie rojového správania vtákov, termín „stádovitosť“ na označenie rojového správania štvornožcov, termín „rojenie“ na označenie rojového správania rýb.

Z abstraktnejšieho hľadiska je správanie roja kolektívny pohyb veľkého počtu samohybných jednotiek. Z pohľadu matematického modelára ide o emergentné správanie vyplývajúce z jednoduchých pravidiel, ktorými sa riadia jednotlivci, a nezahŕňa žiadnu centrálnu koordináciu.

Správanie roja bolo prvýkrát simulované na počítači v roku 1986 pomocou simulačného programu boids. Tento program simuluje jednoduchých agentov (boidy), ktorí sa môžu pohybovať podľa súboru základných pravidiel. Model bol pôvodne navrhnutý na napodobňovanie kŕdľového správania vtákov, ale možno ho použiť aj na kŕdle rýb a iné húfne sa vyskytujúce subjekty.

Diagram znázorňujúci rozdiel medzi metrickou vzdialenosťou a topologickou vzdialenosťou vo vzťahu k rybím kŕdľom

Počítačový program boids, ktorý vytvoril Craig Reynolds v roku 1986, simuluje správanie roja podľa uvedených pravidiel. Mnohé neskoršie a súčasné modely využívajú variácie týchto pravidiel, často ich implementujú pomocou koncentrických „zón“ okolo každého zvieraťa. V zóne odpudzovania, veľmi blízko zvieraťa, sa ohniskové zviera snaží vzdialiť od svojich susedov, aby sa vyhlo kolízii. O niečo ďalej, v zóne vyrovnávania, sa ohniskové zviera bude snažiť vyrovnať smer svojho pohybu so svojimi susedmi. V najvzdialenejšej zóne príťažlivosti, ktorá sa rozprestiera tak ďaleko od ohniskového zvieraťa, ako je schopné vycítiť, sa ohniskové zviera bude snažiť pohybovať smerom k susedovi.

Tvar týchto zón bude nevyhnutne ovplyvnený zmyslovými schopnosťami daného zvieraťa. Napríklad zorné pole vtáka nesiaha za jeho telo. Ryby sa spoliehajú na zrak aj na hydrodynamické vnemy prenášané cez bočnú líniu, zatiaľ čo antarktický kril sa spolieha na zrak aj na hydrodynamické signály prenášané cez tykadlá.

Nedávne štúdie kŕdľov škorcov však ukázali, že každý vták mení svoju polohu vzhľadom na šesť alebo sedem zvierat, ktoré ho priamo obklopujú, bez ohľadu na to, ako blízko alebo ďaleko sa tieto zvieratá nachádzajú. Interakcie medzi kŕdľami špačkov sú teda založené skôr na topologickom ako na metrickom pravidle. Zostáva zistiť, či to platí aj pre iné živočíchy.

Hniezdenie vtákov je príkladom samoorganizácie v biológii

Inteligencia roja je kolektívne správanie decentralizovaných, samoorganizovaných systémov, prírodných alebo umelých. Tento pojem sa používa v práci o umelej inteligencii. Výraz zaviedli Gerardo Beni a Jing Wang v roku 1989 v súvislosti s bunkovými robotickými systémami.

Systémy roja sa zvyčajne skladajú z populácie jednoduchých agentov alebo boidov, ktorí lokálne interagujú medzi sebou a so svojím prostredím. Agenti sa riadia veľmi jednoduchými pravidlami, a hoci neexistuje centralizovaná riadiaca štruktúra, ktorá by diktovala, ako sa majú jednotliví agenti správať, lokálne a do istej miery náhodné interakcie medzi takýmito agentmi vedú k vzniku inteligentného globálneho správania, ktoré jednotliví agenti nepoznajú.

Výskum inteligencie roja je multidisciplinárny. Možno ho rozdeliť na výskum prirodzených rojov skúmajúci biologické systémy a výskum umelých rojov skúmajúci ľudské artefakty. Existuje aj vedecký prúd, ktorý sa pokúša modelovať samotné systémy roja a pochopiť ich základné mechanizmy, a inžiniersky prúd zameraný na uplatňovanie poznatkov získaných vo vedeckom prúde na riešenie praktických problémov v iných oblastiach.

Koncept emergencie – že vlastnosti a funkcie, ktoré sa nachádzajú na hierarchickej úrovni, nie sú prítomné a sú irelevantné na nižších úrovniach – je často základným princípom samoorganizujúcich sa systémov. Príkladom samoorganizácie v biológii, ktorá vedie k emergencii v prírode, sú mravčie kolónie. Kráľovná nevydáva priame príkazy a nehovorí mravcom, čo majú robiť. Namiesto toho každý mravec reaguje na podnety v podobe chemického zápachu lariev, iných mravcov, votrelcov, potravy a nahromadeného odpadu a zanecháva za sebou chemickú stopu, ktorá zasa poskytuje podnet ostatným mravcom. Každý mravec je tu autonómnou jednotkou, ktorá reaguje len v závislosti od svojho miestneho prostredia a geneticky zakódovaných pravidiel pre svoju odrodu mravcov. Napriek absencii centralizovaného rozhodovania vykazujú kolónie mravcov komplexné správanie a dokonca boli schopné preukázať schopnosť riešiť geometrické problémy. Napríklad kolónie bežne hľadajú maximálnu vzdialenosť od všetkých vchodov kolónie, aby sa zbavili mŕtvych tiel.

Ďalším kľúčovým pojmom v oblasti inteligencie roja je stigmergia. Stigmergia je mechanizmus nepriamej koordinácie medzi agentmi alebo akciami. Princíp spočíva v tom, že stopa zanechaná v prostredí činnosťou stimuluje vykonanie ďalšej činnosti tým istým alebo iným agentom. Týmto spôsobom majú následné činnosti tendenciu sa navzájom posilňovať a nadväzovať na seba, čo vedie k spontánnemu vzniku koherentnej, zdanlivo systematickej činnosti. Stigmergia je formou samoorganizácie. Vytvára zložité, zdanlivo inteligentné štruktúry bez potreby akéhokoľvek plánovania, kontroly alebo dokonca priamej komunikácie medzi agentmi. Ako taká podporuje efektívnu spoluprácu medzi extrémne jednoduchými agentmi, ktorým chýba akákoľvek pamäť, inteligencia alebo dokonca vzájomné povedomie.

Algoritmy roja sa riadia Lagrangeovým prístupom alebo Eulerovým prístupom. Eulerovský prístup sa na roj pozerá ako na pole, pracuje s hustotou roja a odvodzuje stredné vlastnosti poľa. Je to hydrodynamický prístup a môže byť užitočný na modelovanie celkovej dynamiky veľkých rojov. Väčšina modelov však pracuje s Lagrangeovým prístupom, čo je agentový model sledujúci jednotlivých agentov (body alebo častice), ktorí tvoria roj. Modely jednotlivých častíc môžu sledovať informácie o smerovaní a rozmiestnení, ktoré sa pri Eulerovom prístupe strácajú.

Optimalizácia mravčej kolónie je široko používaný algoritmus, ktorý bol inšpirovaný správaním mravcov a účinne rieši diskrétne optimalizačné problémy súvisiace s rojením. Algoritmus pôvodne navrhol Marco Dorigo v roku 1992 a odvtedy bol diverzifikovaný na riešenie širšej triedy numerických problémov. U druhov, ktoré majú viacero kráľovien, môže kráľovná opustiť hniezdo spolu s niektorými robotnicami, aby založila kolóniu na novom mieste, čo je proces podobný rojeniu včiel.

Koncept samohybných častíc (SPP) zaviedli v roku 1995 Vicsek a Couzin et al. ako špeciálny prípad modelu boids, ktorý v roku 1986 predstavil Reynolds. Roj je v SPP modelovaný súborom častíc, ktoré sa pohybujú konštantnou rýchlosťou, ale reagujú na náhodnú poruchu tým, že v každom časovom prírastku preberajú priemerný smer pohybu ostatných častíc v ich lokálnom okolí.

Simulácie ukazujú, že vhodné „pravidlo najbližšieho suseda“ nakoniec vedie k tomu, že sa všetky častice roja spoločne alebo sa pohybujú rovnakým smerom. Vzniká to aj napriek tomu, že neexistuje centralizovaná koordinácia a aj napriek tomu, že susedia každej častice sa v čase neustále menia (pozri interaktívnu simuláciu v rámčeku vpravo). Modely SPP predpovedajú, že rojaci sa živočíchovia zdieľajú určité vlastnosti na úrovni skupiny bez ohľadu na typ živočíchov v roji. Systémy rojenia dávajú vzniknúť emergentným správaniam, ktoré sa vyskytujú na mnohých rôznych úrovniach, pričom niektoré z nich sa ukazujú ako univerzálne a robustné. V teoretickej fyzike sa stalo výzvou nájsť minimálne štatistické modely, ktoré zachytávajú tieto správania.

Optimalizácia pomocou roja častíc

Optimalizácia roja častíc je ďalší algoritmus, ktorý sa široko používa na riešenie problémov súvisiacich s rojom. Vyvinuli ho v roku 1995 Kennedy a Eberhart a jeho prvým cieľom bolo simulovať sociálne správanie a choreografiu vtáčích kŕdľov a rybích húfov. Algoritmus bol zjednodušený a bolo pozorované, že vykonáva optimalizáciu. Systém na začiatku nasadí populáciu s náhodnými riešeniami. Potom hľadá v priestore problému prostredníctvom po sebe nasledujúcich generácií pomocou stochastickej optimalizácie s cieľom nájsť najlepšie riešenia. Nájdené riešenia sa nazývajú častice. Každá častica si ukladá svoju pozíciu, ako aj najlepšie riešenie, ktoré doteraz dosiahla. Optimalizátor roja častíc sleduje najlepšiu lokálnu hodnotu, ktorú doteraz dosiahla ktorákoľvek častica v lokálnom okolí. Zvyšné častice sa potom pohybujú v priestore problému po stopách optimálnych častíc. Pri každej časovej iterácii optimalizátor roja častíc urýchľuje každú časticu smerom k jej optimálnym miestam podľa jednoduchých matematických pravidiel. Optimalizácia pomocou roja častíc sa uplatňuje v mnohých oblastiach. Má málo parametrov, ktoré treba upravovať, a verzia, ktorá dobre funguje pre konkrétne aplikácie, môže s malými úpravami dobre fungovať aj v celom rade súvisiacich aplikácií. V knihe Kennedyho a Eberharta sa opisujú niektoré filozofické aspekty aplikácií optimalizácie pomocou časticového roja a inteligencie roja. Rozsiahly prehľad aplikácií podáva Poli.

Príklady biologického rojenia možno nájsť v kŕdľoch vtákov, rybích kŕdľoch, hmyzích rojoch, rojoch baktérií, plesniach, molekulárnych motoroch, stádach štvornožcov a u ľudí.

Úspešné techniky, ktoré používajú mravčie kolónie, sa študovali v informatike a robotike s cieľom vytvoriť distribuované systémy odolné voči chybám pri riešení problémov. Táto oblasť biomimetiky viedla k štúdiám mravčej lokomócie, vyhľadávacích motorov, ktoré využívajú „kŕmne chodníky“, algoritmov na ukladanie dát odolných voči poruchám a sieťových algoritmov.

Keď včelí roj vyletí z úľa, najprv nelieta ďaleko. Môžu sa zhromaždiť na strome alebo na konári len niekoľko metrov od úľa. Tam sa zoskupia okolo kráľovnej a vyšlú 20 – 50 včiel prieskumníčok, aby našli vhodné miesta na nové hniezdo. Zvedavé včely sú najskúsenejšími krmivármi v zhluku. Jednotlivé prieskumníčky, ktoré sa vracajú do zhluku, propagujú miesto, ktoré našli. Na označenie smeru a vzdialenosti ostatným včelám v kŕdli používa tanec podobný tancu kmitania. Čím viac je nadšená zo svojho nálezu, tým vzrušenejšie tancuje. Ak sa jej podarí presvedčiť ostatných skautov, aby si pozreli miesto, ktoré našla, môžu odletieť, pozrieť si navrhnuté miesto a po návrate ho ďalej propagovať. Na začiatku môžu rôzni skauti propagovať niekoľko rôznych lokalít. Po niekoľkých hodinách a niekedy aj dňoch sa z tohto rozhodovacieho procesu pomaly vynorí obľúbené miesto. Keď sa všetci skauti dohodnú na konečnom mieste, celá skupina vzlietne a letí naň. Roj môže letieť na vytipované miesto aj kilometer alebo viac. Tento kolektívny rozhodovací proces je pozoruhodne úspešný pri určovaní najvhodnejšieho nového hniezdiska a udržaní roja vcelku. Dobré hniezdo musí byť dostatočne veľké na to, aby sa doň roj zmestil (približne 15 litrov objemu), musí byť dobre chránené pred poveternostnými vplyvmi, musí naň dopadať určité množstvo slnečného tepla a nesmie byť zamorené mravcami.

Šváby sú prevažne nočné a po dopade svetla utekajú. Štúdia testovala hypotézu, že šváby používajú len dve informácie, aby sa rozhodli, kam v týchto podmienkach pôjdu: aká je tma a koľko je tam ďalších švábov. Štúdia, ktorú uskutočnil José Halloy a jeho kolegovia zo Slobodnej univerzity v Bruseli a ďalších európskych inštitúcií, vytvorila súbor malých robotov, ktoré sa švábom javia ako iné šváby a môžu tak zmeniť ich vnímanie kritickej hmotnosti. Roboty boli tiež špeciálne voňavé, aby ich skutočné šváby prijali.

Kobylky sú rojovou fázou krátkorohých kobyliek z čeľade Acrididae. Niektoré druhy sa môžu za vhodných podmienok rýchlo rozmnožovať a následne sa stávajú spoločenskými a sťahovavými. Ako nymfy vytvárajú skupiny a ako dospelé jedince roje, ktoré môžu prekonávať veľké vzdialenosti, rýchlo rozrývať polia a výrazne poškodzovať úrodu. Najväčšie roje môžu pokrývať stovky štvorcových míľ a obsahovať miliardy kobyliek. Jedna kobylka dokáže každý deň zjesť rastliny, ktoré sama váži (približne 2 gramy). To znamená, že jeden milión kobyliek môže každý deň zjesť približne jednu tonu potravín a najväčšie roje môžu každý deň skonzumovať viac ako 100 000 ton.

Zistilo sa, že rojenie kobyliek je spojené so zvýšenou hladinou serotonínu, ktorý spôsobuje, že kobylky menia farbu, oveľa viac jedia, vzájomne sa priťahujú a oveľa ľahšie sa rozmnožujú. Výskumníci predpokladajú, že rojenie je reakciou na preľudnenie a štúdie ukázali, že zvýšená hmatová stimulácia zadných nôh alebo u niektorých druhov jednoducho stretnutie s inými jedincami spôsobuje zvýšenie hladiny serotonínu. Premenu kobyliek na rojenie môže vyvolať niekoľko kontaktov za minútu v priebehu štyroch hodín.

Zdá sa, že reakcia jednotlivých kobyliek na stratu vyrovnanosti v skupine zvyšuje náhodnosť ich pohybu, až kým sa opäť nedosiahne vyrovnaný stav. Zdá sa, že toto zosúladenie vyvolané hlukom je vnútornou charakteristikou koherentného kolektívneho pohybu.

Zhluk motýľov monarchov. Motýle monarchovia migrujú do Santa Cruz v Kalifornii, kde prezimujú

Migrácia hmyzu je sezónny pohyb hmyzu, najmä druhov vážok, chrobákov, motýľov a moľ. Vzdialenosť sa môže líšiť od druhu k druhu, ale vo väčšine prípadov ide o presuny veľkého počtu jedincov. V niektorých prípadoch sa jedinci, ktorí migrujú jedným smerom, nemusia vrátiť a ďalšia generácia môže namiesto toho migrovať opačným smerom. To je významný rozdiel oproti migrácii vtákov.

Motýle monarchovia sú obzvlášť známe svojou každoročnou dlhou migráciou. V Severnej Amerike podnikajú masívne migrácie na juh od augusta až do prvých mrazov. Na jar sa uskutočňuje migrácia na sever. Monarcha je jediný motýľ, ktorý pravidelne migruje na sever aj na juh, ako to robia vtáky. Žiadny jedinec však neabsolvuje celú okružnú cestu. Samičky monarchov počas týchto migrácií kladú vajíčka pre ďalšiu generáciu. Dĺžka týchto ciest presahuje bežnú dĺžku života väčšiny monarchov, ktorá je v prípade motýľov narodených začiatkom leta menej ako dva mesiace. Posledná letná generácia sa dostáva do nereprodukčnej fázy známej ako diapauza a môže žiť sedem mesiacov alebo aj viac. Počas diapauzy motýle odlietajú na jedno z mnohých zimovísk. Generácia, ktorá prezimuje, sa zvyčajne nerozmnožuje, kým neopustí zimovisko niekedy vo februári a marci. Druhá, tretia a štvrtá generácia sa na jar vracia na svoje severné miesta v Spojených štátoch a Kanade. Ako sa tento druh dokáže vracať na tie isté miesta zimovania s odstupom niekoľkých generácií, je stále predmetom výskumu; zdá sa, že spôsob letu je zdedený a založený na kombinácii polohy slnka na oblohe a časovo kompenzovaného slnečného kompasu, ktorý závisí od cirkadiánnych hodín, ktoré sú umiestnené v ich tykadlách.

Nedávne štúdie kŕdľov špačkov ukázali, že každý vták mení svoju polohu vzhľadom na šesť alebo sedem zvierat, ktoré ho priamo obklopujú, bez ohľadu na to, ako blízko alebo ďaleko sú tieto zvieratá.

Húf kormoránov veľkých letiacich vo formácii Vee

Približne 1800 z 10 000 druhov vtákov na svete sú diaľkoví migranti. Zdá sa, že hlavnou motiváciou migrácie je potrava; napríklad niektoré kolibríky sa rozhodnú nemigrovať, ak sú cez zimu kŕmené. Dlhšie dni severského leta poskytujú hniezdiacim vtákom dlhší čas na kŕmenie mláďat. To pomáha denným vtákom produkovať väčšie mláďatá ako príbuzné nemigrujúce druhy, ktoré zostávajú v trópoch. Keď sa na jeseň dni skracujú, vtáky sa vracajú do teplejších oblastí, kde sa dostupná potrava v závislosti od ročného obdobia mení len málo. Tieto výhody kompenzujú vysoký stres, náklady na fyzickú námahu a iné riziká migrácie, ako je napríklad predácia.

Mnohé vtáky, ak nie väčšina, migrujú v kŕdľoch. V prípade väčších vtákov znižuje lietanie v kŕdľoch náklady na energiu. Husi vo formácii V môžu ušetriť 12 – 20 % energie, ktorú by potrebovali na samostatný let. V radarových štúdiách sa zistilo, že hýle červené a penice čiernohlavé letia v kŕdľoch o 5 km za hodinu rýchlejšie, ako keď letia samostatne. Húfy vtákov pri spoločnom lete šetria energiu podobne ako cyklisti v pelotóne. Husi letiace vo formácii Vee šetria energiu tým, že letia vo vzostupnom prúde víru na koncoch krídiel, ktorý vytvára predchádzajúce zviera vo formácii. Vtáky letiace za nimi tak nemusia vynaložiť toľko úsilia na dosiahnutie vztlaku. Štúdie ukazujú, že vtáky vo formácii V sa umiestňujú približne do optimálnej vzdialenosti, ktorú predpovedá jednoduchá aerodynamická teória.

Formácia do V výrazne zvyšuje účinnosť a dolet lietajúcich vtákov, najmä na dlhých migračných trasách. Všetky vtáky okrem prvého letia vo vzostupnom prúde od vírov koncov krídel vtáka pred nimi. Vzostupný vír pomáha každému vtákovi udržať vlastnú váhu počas letu rovnakým spôsobom, akým môže vetroň stúpať alebo si udržiavať výšku neobmedzene dlho v stúpajúcom vzduchu. V 25-člennej formácii do V môže každý vták dosiahnuť zníženie indukovaného odporu až o 65 % a v dôsledku toho zvýšiť svoj dolet o 71 %. Vtáky letiace na koncoch a vpredu sa včas cyklicky otáčajú, aby sa únava z letu rovnomerne rozložila medzi členov kŕdľa. Formácia tiež uľahčuje komunikáciu a umožňuje vtákom udržiavať vzájomný vizuálny kontakt.

Iné zvieratá môžu pri migrácii používať podobné techniky ťahania. Napríklad homáre migrujú v tesných jednokoľajových formáciách „homárových vlakov“, niekedy aj stovky kilometrov.

Niektoré z nich majú najdlhší známy nepretržitý let spomedzi všetkých migrantov, keď preletia 11 000 km z Aljašky do svojich nehniezdnych oblastí na Novom Zélande. Pred migráciou tvoria 55 % ich telesnej hmotnosti zásoby tuku, ktoré slúžia ako palivo na túto neprerušovanú cestu.

Stredozemné a iné moria predstavujú pre vznášajúce sa vtáky veľkú prekážku, pretože ich musia prekonávať v najužších miestach. Obrovské počty veľkých dravcov a bocianov prelietavajú v čase migrácie cez oblasti ako Gibraltár, Falsterbo a Bospor. Bežnejšie druhy, ako je napríklad medvedík čistotný, možno na jeseň napočítať v státisícoch. Iné bariéry, ako napríklad horské pásma, môžu tiež spôsobiť sťahovanie, najmä veľkých denných migrantov. Toto je významný faktor v prípade úzkeho miesta migrácie v Strednej Amerike. Táto koncentrácia vtákov počas migrácie môže ohrozovať jednotlivé druhy. Niektorí veľkolepí migranti už vyhynuli, najznámejší z nich je holub hrivnák. Počas migrácie boli kŕdle široké jednu míľu (1,6 km) a dlhé 300 míľ (500 km), ich prechod trval niekoľko dní a obsahovali až miliardu vtákov.

Húf dravých rýb zväčšuje veľkosť húfov sardelí

Termín „húf“ sa môže používať na označenie akejkoľvek skupiny rýb vrátane skupín zmiešaných druhov, zatiaľ čo „kŕdeľ“ sa používa pre tesnejšie skupiny rovnakého druhu, ktoré plávajú veľmi synchronizovaným a polarizovaným spôsobom.

Ryby majú zo správania sa na plytčine mnoho výhod vrátane obrany pred predátormi (lepším odhaľovaním predátorov a znížením šance na ulovenie), väčšieho úspechu pri hľadaní potravy a väčšieho úspechu pri hľadaní partnera. Je tiež pravdepodobné, že ryby profitujú z členstva na plytčine prostredníctvom zvýšenej hydrodynamickej účinnosti.

Ryby si pri výbere kamarátov na brehu vyberajú podľa mnohých znakov. Vo všeobecnosti dávajú prednosť väčším húfom, spoločníkom svojho druhu, spoločníkom podobnej veľkosti a vzhľadu, zdravým rybám a príbuzným (ak sú rozpoznané). Podľa „efektu zvláštnosti“ sa predátori prednostne zameriavajú na každého člena húfov, ktorý vyniká svojím vzhľadom. To môže vysvetľovať, prečo ryby uprednostňujú húf s jedincami, ktorí sa im podobajú. Efekt zvláštnosti by tak mal tendenciu homogenizovať húfy.

Jedným zo záhadných aspektov výberu do kŕdľa je, ako si ryba môže vybrať, či sa pridá ku kŕdľu podobných živočíchov, keďže nemôže poznať svoj vlastný vzhľad. Experimenty so zebričkami ukázali, že preferencia kŕdľov je naučená, nie vrodená schopnosť. Zebrička má tendenciu spájať sa s kŕdľami, ktoré sa podobajú kŕdľom, v ktorých bola chovaná, čo je forma imprintingu.

K ďalším otvoreným otázkam správania sa na plytčine patrí určenie jedincov, ktorí sú zodpovední za smer pohybu na plytčine. V prípade migračného pohybu sa zdá, že väčšina členov húfov vie, kam smerujú. V prípade potravného správania vedie kŕdle zlatých lesklokôroviek (druh mihule) v zajatí malý počet skúsených jedincov, ktorí vedeli, kedy a kde je k dispozícii potrava.

Radakov odhadol, že húfy sleďov v severnom Atlantiku môžu zaberať až 4,8 kilometra kubického s hustotou rýb od 0,5 do 1,0 ryby na meter kubický. To je niekoľko miliárd rýb v jednom kŕdli.

V období od mája do júla sa obrovské množstvo sardiniek neresí v chladných vodách Agulhas Bank a potom sa vydáva za prúdom studenej vody na sever pozdĺž východného pobrežia Južnej Afriky. Táto veľká migrácia, nazývaná „sardinkový beh“, vytvára pozdĺž pobrežia veľkolepé kŕmne šialenstvo, pretože na kŕdle útočia morské dravce, ako sú delfíny, žraloky a dážďovky.

Väčšina krillov, malých krevetovitých kôrovcov, tvorí veľké roje, ktoré niekedy dosahujú hustotu 10 000 – 60 000 jedincov na meter kubický [81][82][83]. Kryly sa zvyčajne riadia dennou vertikálnou migráciou. Donedávna sa predpokladalo, že deň trávia vo väčších hĺbkach a počas noci stúpajú k hladine. Zistilo sa, že čím sú hlbšie, tým viac znižujú svoju aktivitu,[84] zrejme preto, aby znížili počet stretnutí s predátormi a šetrili energiu. Neskoršie práce naznačili, že plavecká aktivita krilov sa mení v závislosti od plnosti žalúdka. Nasýtené živočíchy, ktoré sa kŕmili pri hladine, plávajú menej aktívne, a preto sa potápajú pod zmiešanú vrstvu[85]. pri potápaní produkujú výkaly, čo môže znamenať, že zohrávajú dôležitú úlohu v antarktickom uhlíkovom cykle. Zistilo sa, že kryly s prázdnymi žalúdkami plávajú aktívnejšie, a preto smerujú k hladine. To znamená, že vertikálna migrácia môže byť dvoj- alebo trojdňová. Niektoré druhy vytvárajú počas dňa povrchové roje na účely kŕmenia a rozmnožovania, hoci takéto správanie je nebezpečné, pretože ich robí mimoriadne zraniteľnými voči predátorom [86]. husté roje môžu vyvolať kŕmne šialenstvo medzi rybami, vtákmi a cicavcami, najmä v blízkosti hladiny. Pri vyrušení sa roj rozptýli a niektoré jedince sa dokonca okamžite vyliahli, pričom zanechali exuvie ako návnadu[87].

Tento kopepod má rozprestreté tykadlá (kliknite na tlačidlo pre zväčšenie). Anténa zisťuje tlakovú vlnu blížiacej sa ryby.

Kopepódy sa tiež roja. Monošpecifické roje boli napríklad pravidelne pozorované v okolí koralových útesov, morských tráv a v jazerách. Hustota rojov bola približne jeden milión kopepódov na meter kubický. Typické roje mali priemer jeden alebo dva metre, ale niektoré presahovali 30 metrov kubických. Kopepódy potrebujú vizuálny kontakt, aby sa udržali pohromade, a v noci sa rozptyľujú[88].

Na jar kvitne fytoplanktón, ktorý poskytuje potravu kopepódom. Planktónne kopepódy sú zvyčajne dominantnými členmi zooplanktónu a sú hlavnými potravnými organizmami pre mnohé iné morské živočíchy. Najmä kopepódy sú korisťou kŕmnych rýb a medúz, ktoré sa môžu zhromažďovať v obrovských miliónových rojoch. Niektoré kopepódy majú extrémne rýchle únikové reakcie, keď zacítia predátora, a dokážu vyskočiť veľkou rýchlosťou na vzdialenosť niekoľkých milimetrov (pozri animovaný obrázok nižšie).

Planktónne kopepódy sú dôležité pre kolobeh uhlíka. Niektorí vedci tvrdia, že tvoria najväčšiu živočíšnu biomasu na Zemi[89].[90] O tento titul súperia s antarktickým krilom. Vzhľadom na ich menšie rozmery a relatívne rýchlejší rast a na to, že sú rovnomernejšie rozmiestnené vo väčšej časti svetových oceánov, kopepódy takmer určite prispievajú k sekundárnej produktivite svetových oceánov a ku globálnemu prepadu uhlíka v oceánoch oveľa viac ako kril a možno viac ako všetky ostatné skupiny organizmov spolu. Povrchové vrstvy oceánov sú v súčasnosti považované za najväčší svetový pohlcovač uhlíka, ktorý absorbuje približne 2 miliardy ton uhlíka ročne, čo zodpovedá možno tretine ľudských emisií uhlíka, čím sa znižuje ich vplyv. Mnohé planktonické kopepódy sa v noci živia pri hladine a cez deň sa potápajú do hlbších vôd, aby sa vyhli vizuálnym predátorom. Ich peľujúce exoskelety, výkaly a dýchanie v hĺbke prinášajú uhlík do hlbokých morí.

V oceánoch a jazerách žije mnoho jednobunkových organizmov nazývaných fytoplanktón. Keď sú prítomné určité podmienky, napríklad vysoká hladina živín alebo svetla, tieto organizmy sa prudko rozmnožujú. Výsledný hustý roj fytoplanktónu sa nazýva kvitnutie rias. Rozkvet môže pokrývať stovky kilometrov štvorcových a je ľahko viditeľný na satelitných snímkach. Jednotlivý fytoplanktón zriedkakedy žije dlhšie ako niekoľko dní, ale kvitnutie môže trvať týždne[90][91].

Ovčiarske psy kontrolujú stádové správanie oviec

Polícia chráni Nicka Altrocka pred obdivovateľmi počas Svetovej bejzbalovej série v roku 1906

Hromadné správanie sa môže prejavovať aj ako rojenie sa chodcov[95] alebo vojakov na parapetoch. V nemeckom Kolíne nad Rýnom dvaja biológovia z univerzity v Leedsi demonštrovali správanie podobné správaniu kŕdľa u ľudí. Skupina ľudí vykazovala podobný vzorec správania ako kŕdeľ, kde ak päť percent kŕdľa zmenilo smer, ostatní ho nasledovali. Ak bol jeden človek označený za predátora a všetci ostatní sa mu mali vyhýbať, kŕdeľ sa správal veľmi podobne ako kŕdeľ rýb[96][97]. Pochopenie interakcie ľudí v dave je dôležité, ak má manažment davu účinne zabrániť obetiam na futbalových štadiónoch, hudobných koncertoch a staniciach metra[98].

Matematické modelovanie správania kŕdľov je bežná technológia, ktorá našla využitie v animácii. Simulácie stádovitého správania sa použili v mnohých filmoch[99] na generovanie realisticky sa pohybujúcich davov. Film Tima Burtona Batman sa vracia bol prvým filmom, ktorý využil technológiu rojenia na vykresľovanie, pričom realisticky zobrazoval pohyb skupiny netopierov pomocou systému boids. Filmová trilógia Pán prsteňov využila podobnú technológiu, známu ako masívna, počas bojových scén. Technológia roja je mimoriadne atraktívna, pretože je lacná, robustná a jednoduchá.

Na vyhodnotenie správania pri nastupovaní do lietadla sa použila aj počítačová simulácia založená na mravcoch, ktorá využíva len šesť pravidiel interakcie[100].

Mravce poskytli určité usmernenie aj Douglasovi A. Lawsonovi, systémovému analytikovi v spoločnosti Southwest Airlines.
„Keďže vieme, že mravce dokázali tieto úžasné veci priamo na základe veľmi jednoduchých pravidiel, vieme, že ak chceme vidieť, ako sa deje niečo zložité – napríklad úplné zaplnenie interiéru lietadla ľuďmi – vieme, že jednoduché správanie mravcov je adekvátne na reprezentáciu toho, čo sa deje,“ povedal Lawson.
„Takže spoločnosť Southwest Airlines povedala: ‚Pomôžte nám vymyslieť najefektívnejší spôsob, ako nám pomôcť dostať našich cestujúcich do lietadla‘, a vy ste povedali: ‚Viem – použijem mravce‘?“ spýtal sa Salie.
„Áno, presne tak. Pretože robia komplikované veci s veľmi jednoduchými pravidlami,“ povedal Lawson.
Lawson použil matematicky modelované mravce na určenie najefektívnejšieho spôsobu nastupovania do lietadla, ktorým sa ukázalo byť otvorené sedenie.
„Takže spôsob nástupu do lietadla spoločnosti Southwest bez čísla sedadla je v skutočnosti efektívnejší, ako keď nastúpim do lietadla inej leteckej spoločnosti a presne viem, aké je moje miesto?“ opýtal sa Salie.
„Správne. Keď sme simulovali, čo robia rôzne letecké spoločnosti, ukázalo sa, že pri pridelených sedadlách je tretinová šanca, že požiadate dvoch ľudí, aby vstali, zatiaľ čo pri otvorenom sedení – keďže stredné sedadlo je nežiaduce – je spravidla to, ktoré sa obsadzuje ako posledné, [takže] je pravdepodobné, že vstane len jeden človek, ten, ktorý sedí pri uličke,“ povedal Lawson. „Možno budem musieť niekoho poprosiť, aby vstal a ustúpil z cesty, aby ma pustil na sedadlo, a to je asi tak všetko. Takže je to naozaj
jednoduché.
„Takže mravce sú akousi analógiou – jednoduché pravidlá vytvárajú komplikované transakcie a udalosti a hlavné štruktúry. a my môžeme urobiť to isté v malom simulovanom svete a reprezentovať veľmi komplikované procesy,“ povedal Lawson [101].

Roje sa vyskytujú aj v dynamike dopravných tokov, napríklad v dopravnej vlne. Obojsmernú premávku možno pozorovať v mravčích dráhach[103][104]. V posledných rokoch sa toto správanie skúma s cieľom nahliadnuť do modelov chodcov a dopravy[105][106]. Simulácie založené na modeloch chodcov sa tiež použili na davy, ktoré sa kvôli panike potácajú[107].

Stádové správanie v marketingu sa používa na vysvetlenie závislostí vzájomného správania zákazníkov. Časopis The Economist informoval o nedávnej konferencii v Ríme na tému simulácie adaptívneho ľudského správania [108]. zdieľali sa na nej mechanizmy, ako zvýšiť impulzívne nákupy a prinútiť ľudí „nakupovať viac hraním na stádový inštinkt“. Základná myšlienka spočíva v tom, že ľudia budú kupovať viac výrobkov, ktoré sú považované za obľúbené, a spomína sa niekoľko mechanizmov spätnej väzby na získanie informácií o obľúbenosti výrobkov pre spotrebiteľov vrátane technológie čipových kariet a použitia technológie rádiofrekvenčných identifikačných štítkov. Model „pohybu roja“ predstavil výskumník z Floridského technologického inštitútu, ktorý je pre supermarkety atraktívny, pretože môže „zvýšiť predaj bez toho, aby bolo potrebné dávať ľuďom zľavy“.

Aplikácia princípov roja na roboty sa nazýva rojová robotika, zatiaľ čo rojová inteligencia označuje všeobecnejší súbor algoritmov.

Cieľom projektu I-Swarm je vyvinúť rozsiahly roj až 1 000 malých mikrorobotov s rozmermi približne 2 x 2 x 1 mm[113][114].Malá veľkosť znamená, že senzorické a výpočtové schopnosti budú obmedzené. To sa bude kompenzovať emergentným efektom roja.“[114] Roboty fungujú na solárnu energiu a môžu medzi sebou komunikovať. Roboty sa budú líšiť typom senzorov, manipulátorov a množstvom výpočtového výkonu[115].[116] Očakáva sa, že roj bude mať mnoho aplikácií vrátane mikromontážnych, biologických, lekárskych alebo čistiacich úloh[117].

Rozdiel medzi partizánskym prepadnutím a skutočným rojením (Edwards-2003)

Vojenské rojenie je správanie, pri ktorom autonómne alebo čiastočne autonómne akčné jednotky útočia na nepriateľa z niekoľkých rôznych smerov a potom sa preskupujú. Pulzovanie, pri ktorom jednotky menia miesto útoku, je tiež súčasťou vojenského rojenia. Vojenský swarming zahŕňa použitie decentralizovaných síl proti protivníkovi spôsobom, ktorý kladie dôraz na mobilitu, komunikáciu, autonómiu jednotiek a koordináciu alebo synchronizáciu. 116 Historicky vojenské sily používali princípy swarmingu bez toho, aby ich skutočne explicitne skúmali, ale v súčasnosti aktívny výskum vedome skúma vojenské doktríny, ktoré čerpajú myšlienky zo swarmingu.

Len preto, že sa viacero jednotiek sústredí na cieľ, nemusí ísť nevyhnutne o rojenie. Obliehacie operácie nezahŕňajú rojenie, pretože nedochádza k manévru; dochádza k zbližovaniu, ale na obliehanom opevnení. Ani partizánske prepady nepredstavujú rojenie, pretože sú to „údery a úteky“. Aj keď prepad môže mať niekoľko bodov útoku na nepriateľa, partizáni sa stiahnu, keď buď spôsobia primerané škody, alebo keď sú ohrození.

Pirane sú pomerne bojazlivé ryby, ktoré sa pred dravcami chránia v školách.