时而像液体,时而像固体,火蚁肉身造塔的秘密终于被揭开

摘要: 火蚁能用自己的身体能造“木筏”,建“高塔”,探索当中的奥秘或可为集群机器人的设计提供模型参考。(内有视频)

10-30 01:35 首页 中科院物理所

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

原文作者:Laura Castells

这些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。

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。


非常欢乐的小视频“灵魂建筑师”,看了你绝对不后悔

Nature Video

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。

动态的结构

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。”

Nature|doi:10.1038/nature.2017.22290

点击这里阅读英文原文

相关文章


蚂蚁将长出的幼苗组成“小房间”,并为路过的工蚁和永久性蚁群提供栖息地和保护。

点击此处阅读:比人类更早的"农民":三百万年前就开始从事农业生产的蚂蚁

版权声明:

本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈,如需转载,请邮件Chinapress@nature.com。未经授权的翻译是侵权行为,版权方将保留追究法律责任的权利。


? 2017 Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature. All Rights Reserved


来源:Nature自然科研

编辑:Aprilis


近期热门文章Top10

↓ 点击标题即可查看 ↓

1. 听说香蕉和枣一起吃会看到人生的走马灯?实验揭秘最最最恶心的吃法配方

2. 看 10 米女子跳台能乐一天:或许这就是物理大佬吧

3. 看了这个就不会得罪女友了

4. 我知道原子很小很小,但是,它究竟小到什么程度呢?

5. 为什么飞机不会被闪电击落?| No.73

6. 一个病毒的自我修养:为了生存,我也是蛮拼的

7. 放慢看,自然有多神奇

8. 美国陆军发布20项重大科技趋势,将在未来30年改变世界!

9. “物理的尽头是数学,数学的尽头是哲学,哲学的尽头是神学”对吗?

10. 物理不是你成为单身狗的借口,量子力学大牛狄拉克帮你重拾信心……

点此查看以往全部热门文章



首页 - 中科院物理所 的更多文章: