

除了它们的剧烈蜇伤,行军蚁群还因它们利用自己身体建造的令人惊叹、复杂的建筑奇迹而闻名。当工蚁的捕猎队伍遇到障碍物,如倒下的树枝、树叶间的空隙或小溪时,这些微小的昆虫会团结起来,为其余的蚁群搭建桥梁,以便它们能够通过。这既令人印象深刻,又有些令人不安——毕竟,这些是活生生的、爬行的建筑物。但一个研究团队并非为了未来的建筑项目而研究微小昆虫之间的协调;他们正在研究机器人如何模仿行军蚁的团队合作。
“行军蚁通过去中心化的集体智能过程来创造结构,”新泽西理工学院研究行军蚁建筑技术的博士后研究员 Isabella Muratore 通过电子邮件向 _PopSci_ 解释说。“这意味着每只蚂蚁都遵循一套关于如何根据感官输入行事的规则,这导致在没有任何预先规划或领导者命令的情况下就能创造出建筑形态。”
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Muratore 和她的同事们与新泽西理工学院和西北大学的工程师们一起,设计了一系列测试,旨在评估行军蚁工蚁对环境障碍的反应和后勤响应。在蚂蚁的森林路径上放置障碍物后,Muratore 拍摄了视频,并随后分析了蚁群为了继续沿着它们的路线前进而进行的适应。利用先前的建模工作,该团队还使用可调节的间距装置测试了蚁桥能否承受障碍物长度突然、微小的变化。
Muratore 和其他人最近在本年度的美国昆虫学会年会上展示了他们的发现。根据他们的观察,行军蚁通常选择在最有效的地方建造桥梁——这些地方足够宽以至于需要建造项目,同时又尽量少地使用蚂蚁。在一次远行中需要的桥梁数量也影响着蚂蚁在资源分配上的集体决策。
佐治亚理工学院专注于洪水期间红火蚁筏式结构的工程学教授 David Hu 最近在接受 _NPR_ 采访时,将这些昆虫比作一个巨大、令人毛骨悚然的生物大脑中的神经元。与其说是单个蚂蚁决定桥梁的尺寸和位置,不如说是每只蚂蚁都以自己的微小方式为决策做出贡献。
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Muratore 和她的合作者认为,行军蚁的协作能力很快就能帮助工程师们根据这种昆虫的行为原理和大脑来编程机器人集群。不同种类的蚂蚁虽然不同,但它们的体积约为 1.1 微升的大脑仍然可以包含惊人的信息量。
复制这种脑力所需的能量成本相对较低。将其扩展到大量的机器人上可能相对便宜,同时呈指数级提高其功能。Muratore 写信给 _PopSci_,这使得它们能够“灵活地适应各种挑战,例如连接起来以最有效的方式在不同长度的缝隙上搭建桥梁。”
机器人团队合作对于在从外太空探索、海洋清理项目到搜救行动等一系列行业和场景中实施这些机器至关重要,特别是在人类无法进入的危险区域。在这些情况下,快速有效地协调不仅节省了时间和精力,还可能挽救生命。