火蚁可以激发分子机器中成群的机器人

把它想象成数学有点咬文嚼字：库伯德的研究人员发现了统计规则，这些规则决定了火蚁的巨大群体(红火蚁)是如何形成桥梁、梯子和浮筏的。

在一项新的研究中，由CU Boulder的Franck Vernerey领导的团队开始了解火蚁自组装结构的工程原理——每种昆虫包含数百到数千种甚至更多的昆虫。具体来说，研究人员想弄清楚这些结构是如何变得如此灵活，在几秒钟内改变它们的形状和一致性的。为此，他们使用统计力学来计算蚁群对外部压力的反应，并根据临界阈值改变它们如何依附邻居。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。凡尔纳里说，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。所有这些都是因为我们是由相互作用的材料制成的，这些材料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《皇家学会界面杂志》上，也可以帮助工程师设计新的智能聚合物和集群机器人，它们可以无缝协作。库伯德机械工程研究生、这项新研究的合著者尚卡尔拉利塔斯里达尔说，火蚁是“生物灵感”。目标是“通过弄清楚规则来模仿他们的行为。”首先，该团队利用佐治亚理工大学的实验结果，展示了蚁群如何通过快节奏的舞蹈保持其灵活性。这些实验表明，单个蚂蚁用脚上的粘性垫来粘住旁边的昆虫。但它们不会静止不动：在典型的蚁群中，这些蚂蚁可能会每0.7秒换一次脚，抓住一个不同的邻居。

库博尔德的研究人员随后转向数学模拟，以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，昆虫会加快速度。如果单只蚂蚁的腿的力量超过其重量的8倍，昆虫将通过在邻居之间以两倍的速度切换来进行补偿。“如果你开始提高你的剪切速度，那么你将开始伸展他们的腿，”凡尔纳里说。“他们的回应是，‘哦，我们在这里捉襟见肘，所以让我们改变我们的周转率。’"

然而，如果你不断增加蚂蚁的力量，它们就跟不上了。当这种情况发生时，蚂蚁会停止放弃它们的邻居，坚持它们亲爱的生活。“现在，他们会非常紧张，他们会表现得像个坚强的人，”凡尔纳里说。“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。然而，他们的计算足够普遍，研究人员可以开始使用它们来探索新的动态网络的设计，包括将药物直接输送到细胞的分子机器。

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