張景陽

隨著科技的進步，人類研究動物也早已從基礎研究走向了技術應用。根據(jù)動物的特性，人類發(fā)明了眾多實用產品，比如根據(jù)海豚外形設計的潛水艇、根據(jù)鳥類飛翔原理設計的飛機、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。

美國著名的生物學家劉易斯-托馬斯曾經這樣描述螞蟻：“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。”

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，或者先后向不同的幾個方向試探前進，最終又回到原地。”內蒙古生物技術研究院生物材料創(chuàng)新工作室張志剛在研究螞蟻體內營養(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，它們仍然能夠順利、快速返回巢穴。

有研究表明，螞蟻的眼睛是由成百上千的單眼結構構成的復眼，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“導航”。愛丁堡大學信息技術教授芭芭拉·韋柏表示：“螞蟻不僅依靠觀察沿途景觀來認路，而且腦內還有精準的導航。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?！边@不僅僅包括視覺，還包括視覺記憶、氣味，甚至天文學原理。時至今日，螞蟻的識途本領仍在不斷刷新著科學家們的認知。

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，正式開啟了螞蟻導航功能的應用研究。蟻群算法的提出者、布魯塞爾自由大學的計算機科學家馬爾科-多里戈認為，人類完全可以用此來解決復雜的問題，比如安排卡車運輸路線、調度航班或制導軍事機器人。

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)達國家的技術應用已經見到實效。2019年年初，法國科學家開發(fā)出—種能像螞蟻一樣導航的六足機器人，命名為“antbot”。這種六足機器人的導航系統(tǒng)借鑒了沙漠螞蟻的導航原理，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運動傳感器，這樣的設置允許機器人探索周圍14米的總距離。事實上，我國的科學家也已經開始了蟻群算法的應用研究，研究方向主要是導航計算方法和導航產品研發(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航系統(tǒng)模型，而這種導航系統(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，通過導航終端將所經過的路徑長度、通行時延等評判信息實時上傳至導航中心服務器端。當后續(xù)車輛進行尋路導航時，導航系統(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。

（責任編輯：趙夢祺責任校對：白玉磊）