張景陽

隨著科技的進步，人類研究動物也早已從基礎(chǔ)研究走向了技術(shù)應(yīng)用。根據(jù)動物的特性，人類發(fā)明了眾多實用產(chǎn)品，比如根據(jù)海豚外形設(shè)計的潛水艇、根據(jù)鳥類飛翔原理設(shè)計的飛機、根據(jù)螢火蟲制造的日光燈等。而現(xiàn)在，螞蟻也被發(fā)現(xiàn)自帶“導(dǎo)航”功能，會看路標，甚至倒著也能走回家，這對人類又有什么啟示？一起去看看吧。

螞蟻的神奇超能力

全世界共有15000多種螞蟻，幾乎遍布全球每個角落。大量的科學(xué)研究和實驗表明，螞蟻雖小，卻是一個十分神奇的物種，它們的眾多能力超乎人們想象。

螞蟻可以把大于自身體重數(shù)十倍的食物（例如餅干屑、昆蟲、肉粒等）拖進巢穴，按照體重與被拖動物體的質(zhì)量換算，螞蟻的力氣至少是大象的60倍。在南美洲，螞蟻還是外科手術(shù)的絕佳助手。在圭亞那的印第安人部落里，當?shù)氐拇蠓蜃鐾饪剖中g(shù)時，常用一種叫割葉蟻的螞蟻來完成傷口縫合：大夫先將病人的傷口對合，讓割葉蟻咬住縫合口，再剪下蟻身，留下的蟻頭就成了最好的羊腸線。這種縫合方式把傷口縫合得緊密無縫，傷口愈合后還不必拆線，極大減輕了病人的痛苦。

美國著名的生物學(xué)家劉易斯-托馬斯曾經(jīng)這樣描述螞蟻：“螞蟻太像人了，它們培植真菌，喂養(yǎng)蚜蟲做家畜，把軍隊投入戰(zhàn)爭，用化學(xué)噴劑驚擾和迷惑敵人并捕捉奴隸……它們不停地交換信息，幾乎什么都干，就差看電視了?！?/p>

螞蟻認路不光靠眼睛看

“如果只觀察而不干擾，螞蟻外出覓食和返回巢穴的全過程基本很順利，即使途中有停頓，也幾乎不會走彎路;但是如果對螞蟻走過的地方進行阻斷和干擾，螞蟻在走到被干擾地點時就會原地打轉(zhuǎn)，或者先后向不同的幾個方向試探前進，最終又回到原地。”內(nèi)蒙古生物技術(shù)研究院生物材料創(chuàng)新工作室張志剛在研究螞蟻體內(nèi)營養(yǎng)成分的時候發(fā)現(xiàn)，即使是拖著沉重的食物倒行，只要螞蟻走過的路徑不被干擾，它們?nèi)匀荒軌蝽樌?、快速返回巢穴?/p>

有研究表明，螞蟻的眼睛是由成百上千的單眼結(jié)構(gòu)構(gòu)成的復(fù)眼，但如此多的眼睛并沒有幫助螞蟻更好地洞悉周圍發(fā)生的一切。西班牙沙漠螞蟻在向前走時，使用了一種稱為“路徑整合”的策略：它們記得自己走過的曲折感覺以及從巢穴走了幾步，用于計算最快的回家路線。它們還依靠太陽的角度來獲取方位，環(huán)顧四周的景色，并記住某些可以幫助它們返回的地標。

但是，螞蟻在向后走時，是否也能采用向前走時的策略0尼7有研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻是通過測量步幅大小來完成倒退行走的。他們認為，螞蟻能這樣做是因為它們能夠精確測量自己行走的距離，甚至每條腿分別移動的距離。但很多時候，研究人員也充滿疑惑，當所有定位巢穴的視覺和氣味線索都是錯誤的方向時，螞蟻為什么仍能沿著正確的方向倒退行走？

一項同樣來自歐洲的研究結(jié)論對此予以了補充螞蟻的眼睛有很寬的視角——有近360度的視野，而人類在不轉(zhuǎn)頭的情況下，只能看到周圍1/3的環(huán)境。當螞蟻離開巢穴時，它們很可能會從身旁和身后獲取信息，然后在拖拽食物時利用這些信息“導(dǎo)航”。愛丁堡大學(xué)信息技術(shù)教授芭芭拉·韋柏表示：“螞蟻不僅依靠觀察沿途景觀來認路，而且腦內(nèi)還有精準的導(dǎo)航。它們甚至懂得在天空做標記，讓自己每次都能順利找到回家的路線。”這不僅僅包括視覺，還包括視覺記憶、氣味，甚至天文學(xué)原理。時至今日，螞蟻的識途本領(lǐng)仍在不斷刷新著科學(xué)家們的認知。

20世紀90年代初，一個名為“蟻群算法”（又稱“螞蟻算法”）的概念被提出，正式開啟了螞蟻導(dǎo)航功能的應(yīng)用研究。蟻群算法的提出者、布魯塞爾自由大學(xué)的計算機科學(xué)家馬爾科-多里戈認為，人類完全可以用此來解決復(fù)雜的問題，比如安排卡車運輸路線、調(diào)度航班或制導(dǎo)軍事機器人。

隨著理論的不斷完善，蟻群算法逐步從螞蟻的活動范圍、生活環(huán)境、覓食規(guī)則、移動規(guī)則、避障規(guī)則、信息素規(guī)則等方面入手，研究出一系列適用于人類活動的優(yōu)化計算方法?；谶@樣的計算原理，發(fā)達國家的技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)見到實效。2019年年初，法國科學(xué)家開發(fā)出—種能像螞蟻一樣導(dǎo)航的六足機器人，命名為“antbot”。這種六足機器人的導(dǎo)航系統(tǒng)借鑒了沙漠螞蟻的導(dǎo)航原理，即覓食的螞蟻能通過留在地上的信息素找到返回棲息地的路。

依靠現(xiàn)代科技，這種機器人還配備了一個用于根據(jù)天空中的偏振光檢查其航向的光學(xué)羅盤，以及一個用于直觀地確定它從起點到終點需要走多遠的光學(xué)運動傳感器，這樣的設(shè)置允許機器人探索周圍14米的總距離。事實上，我國的科學(xué)家也已經(jīng)開始了蟻群算法的應(yīng)用研究，研究方向主要是導(dǎo)航計算方法和導(dǎo)航產(chǎn)品研發(fā)。蟻群算法是一種用來在圖中尋找優(yōu)化路徑的概率型算法，具有明確的反饋機制、并行分布式計算及良好的自啟發(fā)機制等優(yōu)點，在求解龐雜的組合優(yōu)化問題方面具有明顯的優(yōu)越性。

在不久的將來，我們完全可以制造出一種導(dǎo)航系統(tǒng)模型，而這種導(dǎo)航系統(tǒng)可以將路上行駛的每臺車輛視為一只螞蟻，每輛在行駛過程中的車輛，通過導(dǎo)航終端將所經(jīng)過的路徑長度、通行時延等評判信息實時上傳至導(dǎo)航中心服務(wù)器端。當后續(xù)車輛進行尋路導(dǎo)航時，導(dǎo)航系統(tǒng)可根據(jù)其他車輛的實時反饋評判信息，對該車輛可能行駛的路線進行評判，從而可以找出最優(yōu)的路線。

（責(zé)任編輯：趙夢祺責(zé)任校對：白玉磊）