不会倒的高塔:火蚁的惊人建筑能力

作者: 椰浆南瓜

来源: 果壳网

发布日期: 2017-07-25

火蚁能够用自己的身体建造出“不倒塔”,这种建筑能力与埃菲尔铁塔的建造原理相似,且火蚁塔实际上是在流动的,这种机制对建造机器人有启示。

或许不少人童年时都有这样的经历:小心翼翼用积木搭好宝塔,没出一秒,“嘭”一声就倒塌了。相比起来,火蚁就厉害多了,它们可以用自己的身体建造出“不倒塔”。倒掉的塔,令人崩溃 图源:giphy。这些蚂蚁也够闲的,有时间多囤点粮不好吗,建什么塔呀。那可未必,下雨时,它们运用人(蚁)墙战术,用自己的身体搭出防水能力一级棒的高塔,就不会被雨水冲走。【前方多图高能预警!这不是演习!

】一座蚁塔 图源:theconversation.com。然而,火蚁是看不见的,它只能通过听觉与嗅觉感知外界。而且,它们的蚁后还“尸位素餐”,从不给手下发命令,一辈子就干一件事——生孩子。这样“无组织无纪律无专业”的三无团队怎么就能建出功能如此强大的塔呢?美国乔治亚理工大学的克雷格·托维和同事就对此进行研究。在被火蚁咬上无数口,手肿成猪蹄了之后,克雷格和同事终于成功从地下巢穴里引出一群火蚁。

勇士敢于直面被火蚁咬废的人生,左右滑动看图。图源:Health Care。他们把火蚁移至培养皿里,用竖在培养皿里的棍儿“引诱”它们来堆塔。仔细观察一下,有没有觉得它像个什么东西?左图图源:theconversation,右图图源:ce.jhu.edu。就是埃菲尔铁塔啦!(强行抱大腿系列(并不像好吗)不过火蚁塔的建造原理确实和埃菲尔铁塔出奇相似。

在研究人员观察到塔的形状是下宽上窄的之后,他们假设,每一只火蚁能承受至多x只火蚁的重量,经过一系列计算,这个“x”=3,而同样的,埃菲尔铁塔的底部柱子需要承担3倍的顶部柱子的受力。所以,为了使整座塔保持平衡,下一层的蚂蚁数都是上一层的1 ⅓倍,最后就形成了这样的独特造型。不过,这个实验最大的发现还不在此,而在于火蚁塔实际上是在流动的。图上的黑点就是被标记的火蚁 图源:Youtube。

在塔建成后,克雷格和同事无意间让摄像机又继续运行了一个小时。因为他们一直觉得,塔一旦建成就会保持静态,所以也没在意这些片段。然而某天,一名博士生闲着无聊,就加速十倍回放镜头看着玩,这时他发现,塔正在缓慢倾倒!左手右手一个慢动作回放 图源:Youtube。科学家们为了进一步研究这个现象,随机选取了一些蚂蚁,让它们滚上一圈放射性碘元素。持续的追踪告诉他们,这种坍塌不仅仅局限于表面,而是扩散到了整座塔。

在上层蚂蚁的重压下,底层蚂蚁向外移动,然后又杀回塔的表面,继续向上爬,持续地重新建造塔身。所以,就像休息是为了走更长的路,“塌陷”也是为了更好地“站立”。出自某不知名灵魂画手的蚁塔重建示意图。理解火蚁建塔的机制对建造机器人或许大有启示。

设想一下,在地震之后,如果有一支由小型机器人组成的舰队参与搜救行动,分开时,它们可以凭小巧身躯穿过一片狼藉,在缝隙搜寻伤员,联合起来,它们又强大到能够推翻障碍,那可不是能省下消防员武警叔叔们不少精力了。图源:youtube。敌军“暴雨”还有三秒就到达战场,火蚁们早已做好准备,建好了“不倒塔”来防御。这种即便弱小也要与自然搏的姿态,也真是酷炫呢。

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