火蚁群能激发分子机器群集机器人

把它想象成数学有点令人不快：CU Boulder的研究人员发现了统计规则，这些规则决定了巨大的火蚁(Solenopsis invicta)群体如何形成桥梁、梯子和漂浮筏。

在一项新的研究中，由CU Boulder的Franck Vernerey领导的团队开始了解构成火蚁的自组装结构的工程原理——每只昆虫包含数百到数千只昆虫或更多。具体来说，研究人员希望说明这些结构如何变得如此灵活，以至于它们可以在几秒钟内改变形状和一致性。为此，他们利用统计力学计算蚁群对外部压力的反应，并根据关键阈值改变它们对邻居的依附方式。机械工程系副教授Vernerey说，这些结果可能有助于研究人员理解自然界中的其他“动态网络”，包括人类细胞。Vernerey说，这样的网络“是人体能够自愈的原因”。“他们是我们成长的原因。这一切都是因为我们是由相互作用的材料组成的，可以随着时间的推移改变它们的形状。”

这项研究发表在上周的英国皇家学会界面杂志上，它还可以帮助工程师设计新的智能聚合物和蜂拥机器人，它们可以无缝地协同工作。这项新研究的合著者、加州大学博尔德分校机械工程研究生尚卡尔拉利萨斯里达尔说，蚂蚁是“生物灵感”。目标是“通过找出规则来模仿他们的行为。”该团队首先使用佐治亚理工大学的实验结果来展示蚁群如何通过快节奏的舞蹈来保持灵活性。这些实验表明，个别蚂蚁用脚上的粘垫挂在旁边的昆虫上。但它们也不会静止不动：在一个典型的蚁群中，那些蚂蚁可能会改变它们的脚，每0.7秒捕捉一个不同的邻居。

来自CU Boulder的研究人员然后转向数学模拟来计算蚁群如何管理内部恰恰。他们发现，当蚁群受到的力或剪切力增加时，昆虫会加快它们的速度。如果一只蚂蚁腿上的力量超过其体重的8倍，昆虫将通过在邻居之间切换两倍的速度来进行补偿。“如果你开始提高剪毛速度，那么你就会开始拉伸它们的腿，”Vernerey说。“他们的反应是，‘哦，我们在这里捉襟见肘，所以让我们改变我们的周转率。’"

但是，如果你不断增加蚂蚁的力量，它们将永远无法跟上。当这种情况发生时，蚂蚁会停止放弃邻居，而是坚守亲爱的生命。“现在，他们会非常紧张，他们会表现得像一个可靠的人，”Vernerey说。“然后在某个时候你会打破它们。”研究人员解释说，他们只是触及了火蚁群的数学表面。但他们的计算足够广泛，研究人员可以开始使用它们来探索新的动态网络的设计，包括直接向细胞输送药物的分子机器。

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