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火蚁用自己的身体建造下沉的“埃菲尔铁塔”

一项新的研究发现,

火蚁可以用自己的身体建造埃菲尔铁塔的微型模型,而昆虫则不断地重建这些结构,以避免它们倒塌。

昆虫在这些结构上爬上爬下,其现象与缓慢运动的喷泉相反,研究人员说:

这项新的研究发现可能有助于产生大量的机器人,它们可以利用自己的身体形成复杂的三维结构,科学家补充说。[思维控制:僵尸蚂蚁画廊]

建筑木筏

火蚁(Solenopsis invicta)在巴西潘塔纳尔湿地进化而来。2011年,亚特兰大乔治亚理工学院生物学家克雷格·托维(Craig Tovey)和他的同事发现了一种 ... ,这种昆虫群体可以将自己塑造成漂浮数月的筏子。

火蚁可以用脚端的粘垫相互连接,形成一个煎饼状的筏子。2011年的研究发现,每只蚂蚁的外骨骼都能捕捉气泡,并变得稍微防水。将一个群体编织在一起,可以产生更强大的防水效果,使木筏在水中漂浮时保持干燥。[视频:观看火蚁建造木筏]

如果蚂蚁木筏找到最佳落脚地点,它们可以形成钟形塔,在洪水过后充当临时避难所。这些结构可能每一个都由数十万只蚂蚁组成,高达30多只蚂蚁;到目前为止,蚂蚁如何在不被压碎的情况下用自己的身体建造如此高的结构还是个谜,研究人员在新的研究中说,

下沉塔

托维和他的同事们在亚特兰大附近的路边收集火蚁群进行实验时,意外地发现了这些高层建筑的秘密。托维在接受《现场科学》采访时说,研究人员在“蚂蚁建好塔后,我们不小心让摄像机多开了一个小时”的时候发现了这一点,

火蚁可以利用自己的身体来建造“高耸”的塔。(乔治亚理工大学)

为了诱导蚂蚁建造塔楼,研究人员把它们放在透明的盒子里,盒子里的塑料棒从地板上伸出来。这些杆子可以作为蚂蚁建造自己结构的支撑物。在随后的实验中,蚂蚁建造的塔高从0.28到1.18英寸(7到30毫米),在17到33分钟内建成。研究人员注意到,这样的塔很可能呈钟形,因为在钟形的塔中,每一个构件都承受着相同的荷载。

在高速下,研究人员可以看到塔不断下沉,因为结构深处的蚂蚁在隧道中远离周围成堆的昆虫。然而,随着蚂蚁在塔楼的两侧飞奔而上,这些建筑不断地被重建。托维说:

“我最惊讶的是,蚂蚁塔楼一直在下沉并得到重建。”我以为塔建成后蚂蚁就停止了建造。形状保持不变——谁能猜到蚂蚁在一个不变的结构中循环?”为了证实他们的发现,研究人员在一些昆虫的饮用水中混合了一种轻度放射性的碘基染料,然后把蚁群放在X射线机中监测蚂蚁的运动“在实时情况下,表面的蚂蚁会挡住视线,”托维说此外,下沉速度太慢,无法探测到。

通过在蚂蚁身上放置透明的塑料片,科学家们发现,每只平均重约1毫克的昆虫可以支撑约750倍的重量,并能活着讲述故事。然而,实验还表明,在塔楼里,每只蚂蚁似乎都感觉最舒服的是背着最多三只蚂蚁——任何时候,它们只是放弃,然后走开,托维说,

研究人员注意到,这些结构是在没有领导或协调努力的情况下建造的。相反,每只蚂蚁都在游荡艾德漫无目的地,遵循一套可以帮助它建造塔楼的规则。托维说,研究人员开发的计算模型能够准确地预测塔的形状和生长速度。

“为了建造它们高大、坚固、埃菲尔铁塔形状的结构,蚂蚁似乎遵循着与在水上建造煎饼形状的浮筏相同的简单行为规则。”值得注意的是,蚂蚁群形成的两个大的形状有着显著的不同,并实现了不同的功能,但它们是从相同的小规模个体行为中产生的。

研究人员现在想分析“火蚁从它们的身体中架起的桥梁,以穿越地形上的空隙,”托维说它们太神奇了。前面的两个互相抓住,向下和向外摆动到另一边,并牢牢地抓住每一端。其余的蚂蚁走过桥。然后,组成这座桥的蚂蚁从第一面开始解构它,所以到最后,所有的蚂蚁都到达了另一面。

这样的研究可以帮助激发大量机器人的创造,这些机器人可以从它们的身体构建复杂的结构,托维说,

机器人研究人员已经取得了一些成功托维说:“让一队机器人形成一个像矩形一样的二维图案,但他们还没有弄清楚如何让机器人形成一个稳定的三维结构。”托维说:“例如,假设我们派出几百个小机器人通过一个小洞进入倒塌的建筑物寻找幸存者,或者探索火星上未知的地形。”有时,机器人必须协同工作才能穿过裂缝或爬过陡峭的障碍物。在其他时候,他们应该分散。这项研究可能有助于我们理解如何设计它们的独立控制器,以便它们能够在不同的情况下协同完成不同的任务。

尽管如此,它可能证明很难创造出能够做蚂蚁所能做的一切的机器人,他说一只蚂蚁从6英尺(1.83米)的高空反复坠落,它不会受伤。托维说:“将机器人从6英尺高空坠落一百次,祝你好运。

科学家们在7月12日的《皇家学会开放科学》杂志上详细介绍了他们的发现。

是关于生命科学的原始文章

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