會看路標、自帶導航 讓小螞蟻倒著也能走回家

昆蟲一直是現(xiàn)代科學研究的主要對象之一，隨著科技的進步，人類研究昆蟲，也早已從基礎研究走向了技術應用，例如毫不起眼的螞蟻。

近日有媒體報道稱，研究人員通過對“螞蟻搬家”行為的進一步研究發(fā)現(xiàn)：螞蟻使用多種方法來尋找自己的路，即使在后退時，它們也能識別熟悉的風景，對于這樣的小昆蟲來說，這是一種高度復雜的視覺。

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，但幾乎不會走彎路；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?！眱?nèi)蒙古生物技術研究院生物材料創(chuàng)新工作室高級工程師張志剛在接受科技日報記者采訪時表示，早年間，他在研究螞蟻體內(nèi)營養(yǎng)成分的時候，閑暇時也曾對螞蟻識別路徑的能力做過一些實驗。“我們發(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>

一個研究小組通過對西班牙沙漠螞蟻的研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻使用多種方法來找到自己的路，即使它們向后走，也可以識別出熟悉的路線。有英國科學家研究發(fā)現(xiàn)，實際上螞蟻是使用每個步幅，并測量每個步幅大小，來完成倒退行走的。他們認為，螞蟻通過測量步幅大小來實現(xiàn)倒退導航的，因為它們能夠精確測量自己行走的距離，甚至每個腿分別移動的距離。

然而同時，有一個事實令他們感到困惑：當所有定位巢穴的視覺和氣味線索都是錯誤的方向時，為什么螞蟻仍能沿著正確的方向倒退行走？對此，近期一項同樣來自于歐洲的研究結(jié)論似乎可以予以補充：螞蟻的眼睛有很寬的視角——有近360°的視野，而人類在不轉(zhuǎn)頭的情況下，只能看到它們周圍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”。

張志剛介紹說：“現(xiàn)在全球大量的研究證明，螞蟻識途，依靠的是一整套極其復雜的系統(tǒng)，而這個系統(tǒng)，不僅僅包括視覺，還包括視覺記憶、氣味、甚至天文學原理?！?/p>

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。

受螞蟻啟發(fā)的新型導航

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。

基于這樣的計算原理，發(fā)達國家的技術應用已經(jīng)見到實效。2019年年初，法國科學家開發(fā)出一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。據(jù)報道，這樣的設置允許機器人探索周圍14 m(46英尺)的總距離，并以精確度高達1 cm(0.4英寸)的速度回到基地。

張志剛告訴記者：“事實上，我國的科學家也已經(jīng)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(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?！?/p>