火蟻可以激發(fā)分子機(jī)器中成群的機(jī)器人

把它想象成數(shù)學(xué)有點(diǎn)咬文嚼字：庫(kù)伯德的研究人員發(fā)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)規(guī)則，這些規(guī)則決定了火蟻的巨大群體(紅火蟻)是如何形成橋梁、梯子和浮筏的。

在一項(xiàng)新的研究中，由CU Boulder的Franck Vernerey領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了解火蟻?zhàn)越M裝結(jié)構(gòu)的工程原理——每種昆蟲(chóng)包含數(shù)百到數(shù)千種甚至更多的昆蟲(chóng)。具體來(lái)說(shuō)，研究人員想弄清楚這些結(jié)構(gòu)是如何變得如此靈活，在幾秒鐘內(nèi)改變它們的形狀和一致性的。為此，他們使用統(tǒng)計(jì)力學(xué)來(lái)計(jì)算蟻群對(duì)外部壓力的反應(yīng)，并根據(jù)臨界閾值改變它們?nèi)绾我栏洁従印C(jī)械工程系副教授Vernerey說(shuō)，這些結(jié)果可能有助于研究人員理解自然界中的其他“動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)”，包括人類(lèi)細(xì)胞。凡爾納里說(shuō)，這樣的網(wǎng)絡(luò)“是人體能夠自愈的原因”?！八麄兪俏覀兂砷L(zhǎng)的原因。所有這些都是因?yàn)槲覀兪怯上嗷プ饔玫牟牧现瞥傻?，這些材料可以隨著時(shí)間的推移改變它們的形狀。”

這項(xiàng)研究發(fā)表在上周的《皇家學(xué)會(huì)界面雜志》上，也可以幫助工程師設(shè)計(jì)新的智能聚合物和集群機(jī)器人，它們可以無(wú)縫協(xié)作。庫(kù)伯德機(jī)械工程研究生、這項(xiàng)新研究的合著者尚卡爾拉利塔斯里達(dá)爾說(shuō)，火蟻是“生物靈感”。目標(biāo)是“通過(guò)弄清楚規(guī)則來(lái)模仿他們的行為?！笔紫龋搱F(tuán)隊(duì)利用佐治亞理工大學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，展示了蟻群如何通過(guò)快節(jié)奏的舞蹈保持其靈活性。這些實(shí)驗(yàn)表明，單個(gè)螞蟻用腳上的粘性墊來(lái)粘住旁邊的昆蟲(chóng)。但它們不會(huì)靜止不動(dòng)：在典型的蟻群中，這些螞蟻可能會(huì)每0.7秒換一次腳，抓住一個(gè)不同的鄰居。

庫(kù)博爾德的研究人員隨后轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué)模擬，以計(jì)算蟻群如何管理內(nèi)部恰恰。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蟻群受到的力或剪切力增加時(shí)，昆蟲(chóng)會(huì)加快速度。如果單只螞蟻的腿的力量超過(guò)其重量的8倍，昆蟲(chóng)將通過(guò)在鄰居之間以兩倍的速度切換來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償?！叭绻汩_(kāi)始提高你的剪切速度，那么你將開(kāi)始伸展他們的腿，”凡爾納里說(shuō)?！八麄兊幕貞?yīng)是，‘哦，我們?cè)谶@里捉襟見(jiàn)肘，所以讓我們改變我們的周轉(zhuǎn)率?！?

然而，如果你不斷增加螞蟻的力量，它們就跟不上了。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，螞蟻會(huì)停止放棄它們的鄰居，堅(jiān)持它們親愛(ài)的生活?！艾F(xiàn)在，他們會(huì)非常緊張，他們會(huì)表現(xiàn)得像個(gè)堅(jiān)強(qiáng)的人，”凡爾納里說(shuō)?！叭缓笤谀硞€(gè)時(shí)候你會(huì)打破它們?！毖芯咳藛T解釋說(shuō)，他們只是觸及了火蟻群的數(shù)學(xué)表面。然而，他們的計(jì)算足夠普遍，研究人員可以開(kāi)始使用它們來(lái)探索新的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，包括將藥物直接輸送到細(xì)胞的分子機(jī)器。

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