火蟻可以激發(fā)分子機器中成群的機器人

把它想象成數(shù)學有點咬文嚼字：庫伯德的研究人員發(fā)現(xiàn)了統(tǒng)計規(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。

在一項新的研究中，由CU Boulder的Franck Vernerey領導的團隊開始了解火蟻自組裝結構的工程原理——每種昆蟲包含數(shù)百到數(shù)千種甚至更多的昆蟲。具體來說，研究人員想弄清楚這些結構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)計力學來計算蟻群對外部壓力的反應，并根據(jù)臨界閾值改變它們?nèi)绾我栏洁従印C械工程系副教授Vernerey說，這些結果可能有助于研究人員理解自然界中的其他“動態(tài)網(wǎng)絡”，包括人類細胞。凡爾納里說，這樣的網(wǎng)絡“是人體能夠自愈的原因”?！八麄兪俏覀兂砷L的原因。所有這些都是因為我們是由相互作用的材料制成的，這些材料可以隨著時間的推移改變它們的形狀。”

這項研究發(fā)表在上周的《皇家學會界面雜志》上，也可以幫助工程師設計新的智能聚合物和集群機器人，它們可以無縫協(xié)作。庫伯德機械工程研究生、這項新研究的合著者尚卡爾拉利塔斯里達爾說，火蟻是“生物靈感”。目標是“通過弄清楚規(guī)則來模仿他們的行為?！笔紫龋搱F隊利用佐治亞理工大學的實驗結果，展示了蟻群如何通過快節(jié)奏的舞蹈保持其靈活性。這些實驗表明，單個螞蟻用腳上的粘性墊來粘住旁邊的昆蟲。但它們不會靜止不動：在典型的蟻群中，這些螞蟻可能會每0.7秒換一次腳，抓住一個不同的鄰居。

庫博爾德的研究人員隨后轉向數(shù)學模擬，以計算蟻群如何管理內(nèi)部恰恰。他們發(fā)現(xiàn)，當蟻群受到的力或剪切力增加時，昆蟲會加快速度。如果單只螞蟻的腿的力量超過其重量的8倍，昆蟲將通過在鄰居之間以兩倍的速度切換來進行補償?！叭绻汩_始提高你的剪切速度，那么你將開始伸展他們的腿，”凡爾納里說?！八麄兊幕貞牵?，我們在這里捉襟見肘，所以讓我們改變我們的周轉率?！?

然而，如果你不斷增加螞蟻的力量，它們就跟不上了。當這種情況發(fā)生時，螞蟻會停止放棄它們的鄰居，堅持它們親愛的生活。“現(xiàn)在，他們會非常緊張，他們會表現(xiàn)得像個堅強的人，”凡爾納里說?！叭缓笤谀硞€時候你會打破它們?！毖芯咳藛T解釋說，他們只是觸及了火蟻群的數(shù)學表面。然而，他們的計算足夠普遍，研究人員可以開始使用它們來探索新的動態(tài)網(wǎng)絡的設計，包括將藥物直接輸送到細胞的分子機器。

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