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时而像液体,时而像固体,火蚁肉身造塔的秘密终于被揭开[转载]
作者:中科院物理所 发表时间:2017-10-12 阅读次数:499

       原文以Ant colonies flow like fluid to build tall towers为标题,发布在2017年7月12日的《自然》新闻上,作者:Laura Castells
       很多昆虫用身体造出的建筑的奥秘可以为集群机器人的设计提供模型参考,今天要介绍的是火蚁。
       想要穿越溪流或者避免被水流冲走,火蚁就必须团结起来,形成木筏般的结构,或者用自己的身体造成高塔。研究人员现在弄清楚了火蚁能够形成高耸的结构而不会把同伴压扁的技巧:它们不断地沿着高塔循环移动,使火蚁塔看起来就像液体在流动一样。
       火蚁(Solenopsis invicta)的脚上有粘嗒嗒的垫状结构,可以帮它们集合在一起形成不同的形状。
       研究人员已经发现了火蚁建造木筏状结构的技巧:火蚁们用脚互相粘在一起,并调整身体的方位形成一个个小气囊。通过这种方式火蚁们可以分散体重,形成能够浮在水面的结构。由佐治亚理工学院的建模数学家Craig Tovey领导的一支团队还想弄明白,火蚁是怎样形成塔状结构的。
       这个团队在实验室里用高速摄像机拍下了火蚁们围绕着一根滑不留丢的特富龙柱子形成塔状结构的过程。他们用放射性示踪剂为其中一半的火蚁做了标记,这样他们就能观察这些昆虫在塔状结构内运动的过程。
       火蚁们采用试错的方式建造高塔,它们不断地重建那些崩坏的脆弱部分,直到最终形成牢固的火蚁塔。研究人员发现,每只火蚁最多可以支撑3只其他火蚁。如果一只火蚁负载过大,它就会和附近的火蚁分开,一直沉到火蚁塔的底部,最后从里面钻出来。
       最终火蚁们会形成一个动态的钟形结构,它就像液体般流动。在这个结构中,每只火蚁的承重是相同的。Tovey 表示:“火蚁们就像喷泉一样循环运动,只不过这个‘喷泉’是倒着流的。”这项研究发表在《英国皇家学会开放获取期刊》(Royal Society Open Science)上。
       法国图卢兹动物认知研究中心的动物行为研究人员Guy Theraulaz表示,科学家们早就知道火蚁塔具有动态的结构,但是这个研究是首次对这个现象进行摄像记录。
       不仅如此,这个团队还能用数学模型预测火蚁塔的形状和生长速率。他们此前已经发现,火蚁形成木筏状结构时靠的是每只火蚁个体的行为,并不存在中央指挥。火蚁个体的行为可由3个基本规则描述,火蚁木筏结构的数学模型中就包括了这些规则。
       这些研究者惊奇地发现,火蚁造塔时也遵循着同样的规则。Tovey表示,虽然火蚁木筏和火蚁塔的形状不一样,火蚁木筏是静态的,火蚁塔是动态的,“但是两个结构都遵循着同样的分布式规则。”
机器人学研究者一直在研究如何为迷你集群机器人编程,使它们能够完成一个较大的目标,这些发现或许能够帮助他们。“理解火蚁如何运用一套简单的规则来建造这些牢固的3D结构,有助于为微型多用途机器人编程,” Tovey表示,“下一步就是搞清楚它们用身体建造桥梁的方式。”

       点击原文链接查看视频:时而像液体,时而像固体,火蚁肉身造塔的秘密终于被揭开

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