火蟻的羣體行為教會我們關於機械工程的知識 - 彭博社

喬治亞理工學院當新聞傳播南卡羅來納州在十月的歷史性洪水後被“扭動的火蟻墊”侵擾時，互聯網沸騰了。事實證明，這些活生生的筏子不僅僅是一個病毒現象。

工程師、生物學家和物理學家多年來一直在研究火蟻的集體行為。與其他物種不同，這些螞蟻在洪水期間建造筏子，以便漂浮數天——還可以 構建橋樑、梯子和牆壁——通過將它們的身體連接在一起。希望有一天人們可以從螞蟻身上學習，開發出能夠更好地應對自然的建築材料，甚至可能自我修復。

彭博社城市實驗室房地產開發商納夫塔利在邁阿密海灘尋找交易，推動佛羅里達州的發展美國的駕駛和擁堵率比以往任何時候都高海牙成為全球首個禁止石油和航空廣告的城市一種經濟實惠的遊牧家居設計在適應城市生活方面面臨挑戰這仍然是遙遠的未來，喬治亞理工學院的機械工程師大衞·胡説，他研究火蟻近十年。但他的 最新研究關於螞蟻羣體的機械特性，上週在 自然材料上發表，使世界更接近實現這一切。

胡和他的同事們對一羣螞蟻施加了不同的壓力，發現它們可以像固體和液體一樣集體反應。當研究人員將一筏螞蟻推入水下時，它們會彈回並恢復到原來的形狀，就像固體一樣。而當研究人員將一枚硬幣扔進螞蟻牆時，這些小生物會解開它們的身體讓硬幣通過，然後再重新連接以填補硬幣後面的空隙，類似於液體。

為了測量螞蟻在壓力下的流動，團隊將一團團螞蟻夾在兩個 流變儀 的板之間——一種用於測量液體粘度的設備——並以不同的速度輕輕搖動上面的板。在更高的速度下，意味着更大的壓力，螞蟻表現得更像液體。在某種程度上，螞蟻就像番茄醬，搖動瓶子越用力，它就越稀，流動得越容易。

一羣火螞蟻的行為像活躍或生物材料，這種材料是強韌的，因為它能對環境做出反應。喬治亞理工學院的物理學家阿爾貝託·費爾南德斯-尼維斯表示，目前，活躍材料僅存在於微觀層面。想想皮膚細胞在割傷後自我癒合，或水分子根據温度加速或減速。

工程師們正在努力找出如何模仿這種行為，以便有一天開發出自我修復材料。“這是一個活躍的研究問題，他們已經研究了20年，”胡説。“在美國，我們的基礎設施老化問題很嚴重，我們建造的一切在一定年限後都必須修復：管道、建築物、橋樑——任何需要承載大負荷的東西。”

基本想法是建立“一個可以傾倒的東西桶，這些東西將製造出任意大的機器人，”胡説。在這之前，仍然有很多問題需要回答。胡和他的同事們正在試圖理解每隻螞蟻在羣體中的行為，以及對氧氣和溝通的需求如何影響羣體行為。“當你製造小機器人時，它們也需要能量和相互溝通的方式，”他説。

“問題是，具有自身能量並能移動的材料，對於它們來説，完全是一套不同的規則，”胡補充道。“沒有人知道如何描述它們或預測它們的行為。這有點像物理學的新分支。”