蚂蚁运动原理可以帮助未来的机器人团队在地下工作

未来的地下搜索和救援机器人团队可能将其成功归功于低火蚁，这是一种被鄙视的昆虫，其叮咬和广泛的地下隧道网络对居住在南部的人们来说太陌生了。

通过在实验室中使用视频跟踪设备和X射线计算机断层摄影术来研究火蚁，研究人员发现了运动的基本原理，有一天机器人团队可以利用它们来快速，轻松地穿越地下隧道。原理中的一个是建立隧道环境，该环境通过限制滑倒和跌倒以及减少对复杂神经处理的需求来协助移动。

该研究出人意料的是，首次观察到密闭空间中的蚂蚁利用其触角进行运动以及感知环境。

“我们的假设是，蚂蚁正在以正确的方式创造环境，以使其在最少的神经控制下即可快速上下移动，”佐治亚州研究所物理学院副教授Daniel Goldman说。是该技术的作者，也是该论文的合著者之一。“环境使蚂蚁能够走错路而不会遭受痛苦。这些蚂蚁可以教我们一些在地下环境中进行机动的非常有效的技巧。”

该研究于5月20日在《科学院院刊》的早期版本中进行了报道 。这项工作是由科学基金会的“生命系统物理学”计划赞助的。

在研究生研究助理Nick Gravish进行的一系列研究中，将成群的火蚁(Solenopsis invicta)放入土壤管中，并挖了20个小时的隧道。为了模拟一系列环境条件，Gravish和博士后研究员Daria Monaenkova将土壤颗粒的大小从50微米更改为最大600微米，并将水分含量从1%更改为20%。

尽管粒径和水分含量的变化确实会改变所产生的隧道的体积和蚂蚁挖出的深度，但隧道的直径仍保持恒定，与生物体的长度相当：约3.5毫米。

高德曼说：“不管土壤颗粒大小是否像动物的头一样大，或者是否是细粉，或者土壤是否潮湿或水分很少，隧道的大小始终在狭窄范围内相同。” “隧道的大小似乎是蚂蚁使用的设计原则，这是蚂蚁控制的目标。”

Gravish认为，这种缩放效果使蚂蚁能够充分利用其触角，四肢和身体，通过与墙体相互作用并限制可能的失步范围而在隧道中快速上升和下降。

他说：“在这些肯定会阻碍其腿部动作的地下环境中，我们看到这些蚂蚁的奔跑速度是相同的。” “隧道的大小似乎对速度定义的运动影响很小，甚至没有影响。”

研究人员使用X射线计算机断层扫描技术研究了在测试室内建造的蚂蚁的隧道，收集了168个观测值。他们还使用视频跟踪设备来收集有关蚂蚁的数据，这些蚂蚁通过两个透明板之间的隧道(就像为孩子们出售的“蚂蚁农场”)移动，并通过迷宫的直径不同的玻璃管来移动。

迷宫安装在定期点火的空气活塞上，以高达重力的27倍的力使迷宫掉落。突然的运动导致管中约有一半的蚂蚁失去立足点并开始下落。这导致了这项研究中最令人惊讶的发现之一：这些生物在掉落时利用触角帮助抓住管壁。

佐治亚理工大学生物学院的教授 ，该论文的另一位共同作者之一迈克尔·古迪斯曼说：“我们许多研究社交昆虫很长时间的人从未见过这种天线的使用 。” “令人难以置信的是，他们抓住了触角。这是我们从未期望的适应性行为。”

通过分析掉落在玻璃管中的蚂蚁，研究人员确定管的直径在动物是否能阻止其跌落中起着关键作用。

在未来的研究中，研究人员计划探索蚂蚁如何挖掘其隧道网络，这涉及到移动大量土壤。这种土壤是众所周知的火蚁大丘的来源。

尽管研究的重点是理解蚂蚁如何在密闭空间中移动的原理，但结果可能会对未来的小型机器人团队产生影响。

古德斯曼说：“蚂蚁面临的问题与在密闭空间中工作的挖掘机器人可能面临的问题-对快速运动，稳定性和安全性的需求-所有这些都受限于感知和脑力。” “如果我们要构建挖掘的机器，我们可以构建像这些蚂蚁一样的控件。”

为什么用火蚁研究地下运动?

古迪斯曼解释说：“这些动物几乎不停地挖掘，它们是很好的，可重复的研究对象。” “而且它们对我们来说很方便学习。我们可以走出实验室门，几乎可以在任何地方收集它们。”

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！