【天生物理学大师！嘘，别惹蚂蚁[并不简单]】卢卡斯在欺负小蚂蚁时，他看到的只是草坪上冒出来一个小土堆，中间有一个小洞，几只蚂蚁忙着四处乱爬。蚁丘看上去不是很厉害。
但当卢卡斯被神奇药水缩小，来到地表之下，一个神奇的蚂蚁地下王国展现在了他眼前。隧道向下延伸，不断分支并通向专门空间：蜂王的家、幼蜂的温床、食物储藏间、垃圾站等等。25英尺的地下，在没有机械和加固材料的情况下，蚂蚁建造了一个能容纳数百万同伴的家园，并能维持数十年。
图1：研究人员站在蚂蚁穴模型旁边。来源：美国加州理工
图2：在蚂蚁挖隧道之前，土壤中颗粒之间的力链是随机排列的（左），但当蚂蚁挖隧道时，力链会重新排列。来源：美国加州理工
现在，利用X成像和计算机模拟，美国研究人员揭开了蚂蚁是如何建造这些复杂而稳定结构的。相关论文https://t.cn/A6IjAKk2刊登于美国《国家科学院院刊》。
有“想”才做
蚂蚁“知道”如何挖隧道吗，还是它们只是盲目地挖？加州理工学院的José Andrade一直有这个疑问。
但Andrade是一名工程师，对蚂蚁“一窍不通”，所以他求助了该校生物学和生物工程助理教授Joe Parker，后者的研究重点是蚂蚁及其与其他物种的生态关系。
Parker说：“Andrade团队需要一个研究蚂蚁的人，深入了解这些群居昆虫的适应性和集体行为，为弄清其挖掘行为机制提供一些生物学信息。”
《中国科学报》从加州理工学院获悉，研究人员花费了近1年培养蚂蚁，并了解它们。他们不仅需要繁殖足够多的蚂蚁进行研究，还需要进行大量的试验。
研究人员在一个容器中建立了小型蚁群，容器中装有500毫升土壤和15只西部收工蚁。每隔10分钟，高分辨率x射线扫描就会捕捉到每一只蚂蚁和每一粒土壤的位置，每次试验持续20小时。
“蚂蚁有点反复无常，它们想挖才挖。”Andrade告诉记者，“我们把蚂蚁放在一个容器里，有些蚂蚁会马上开始挖掘，并会取得惊人的进展。但有些可能要花上几个小时，甚至根本不挖。有些蚂蚁会挖一会儿，然后停下来休息一下。”
但一旦蚂蚁开始行动，研究人员就会对整个过程进行x光扫描，从而生成所有内部隧道的三维扫描图。研究人员可以借助扫描结果创建模拟，显示蚂蚁在隧道越来越深时能取得的进展。
蚂蚁也懂物理学
接下来，研究人员开始分析蚂蚁的实际工作是什么。
他们发现，首先，蚂蚁会尽可能地提高效率，它们会沿着容器的内边缘挖掘，因为容器本身能充当隧道结构的一部分，从而能减少工作量。
它们还把隧道挖得尽可能直。“因为直线是两点之间最短的路径。而且，它们懂得利用容器的侧面，这表明蚂蚁的工作非常高效。”Andrade说。
蚂蚁们也会尽可能地挖出陡峭的隧道，一直挖到所谓的静止角。这个角度代表了颗粒材料在崩塌前可以堆积的最大角度。
什么是静止角？Andrade提到，想象在海滩上建造一个沙堡。如果用的是干沙子，加进去的每一勺沙子都会顺着已经堆好的沙子滑下去。更多的沙子会使堆得更高、更宽，但它永远不会变得更陡。另一方面，如果使用湿沙，就能够把沙堆得足够陡峭，以建造墙、塔和沙堡等。
湿砂比干砂有更高的静止角，蚂蚁能分辨出挖洞时的角度能有多陡，而且不会超过这个角度。“如果我是一名挖掘者，我要活下来，我的挖掘技术必须符合物理定律，否则隧道就会坍塌，我就会死。”他说。
最后，蚂蚁隧道的物理原理是这样的：当蚂蚁移走土壤颗粒时，它们会导致隧道周围称重力链的重新排列。这些力链在蚂蚁开始挖掘之前是随机的。重新排列后，力链一方面加固了隧道现有的土壁，同时减轻了位于隧道末端的颗粒承受的压力，使蚂蚁更容易安全地移走它们。
“在工程学和蚂蚁生态学中，蚂蚁如何构建这些持续数十年的结构一直是个谜。”Parker说，“事实证明，蚂蚁在挖掘时受益于这些环向力链。”
超级有机体
回到开头的那个问题：蚂蚁在挖的时候知道自己在做什么吗?
实际上，有人曾把熔化的塑料或金属倒进蚁巢，凝固成模型后，人们就能看到这些巨大的隧道系统。“这些系统令人印象深刻。我曾看到一张模型照片，模型旁边是一个人，我想‘天哪，这真是一个奇妙的结构。’从那以后，我开始怀疑蚂蚁是否‘知道’如何挖掘。”Andrade说。
但是，人们没有办法询问蚂蚁，于是，研究人员一开始就假设蚂蚁有意识地在泥土中摸索，寻找松散的土粒以便移走。这就像抽积木游戏，玩家需要选择哪块积木能安全取出来。而那些无法移开的石块，也就是蚂蚁建筑的承重“梁柱”（即力链）的一部分。
“一开始，我们假设蚂蚁可以感觉到这些力链，并避免在那里挖掘。它们可能在不停地敲打土壤颗粒，以评估施加在这些颗粒上的机械力。”Andrade告诉记者，“但后来，我们发现，它们似乎并不‘知道’自己在做什么。它们没有系统地寻找沙子中的薄弱点。相反，它们可能是根据物理定律进化出了挖掘能力。”
Parker将这称为行为算法。“这种算法并不存在于一只蚂蚁身上。”他说，“所有工蚁的群体行为就像一个超级有机体。这种行为程序是如何在所有这些蚂蚁的小大脑中传播的，这是自然界的一个奇迹，我们无法解释。”
Andrade希望开发一种人工智能方法，可以模拟这种行为算法，这样他就可以在电脑上模拟蚂蚁是如何挖掘的，并将蚂蚁的挖掘能力用于建造人类隧道。
“与流体或固体等材料相比，颗粒材料的形成方式不同。而且，移动颗粒状材料是非常耗能的，而且成本非常高昂。”他说，“如果蚂蚁的行为算法能够被进一步分析并最终复制，那么就可能在自动采矿机器人上得到应用，无论是在地球上还是在其他行星上，机器人就能更有效地工作。”https://t.cn/A6IjAKkL
但当卢卡斯被神奇药水缩小，来到地表之下，一个神奇的蚂蚁地下王国展现在了他眼前。隧道向下延伸，不断分支并通向专门空间：蜂王的家、幼蜂的温床、食物储藏间、垃圾站等等。25英尺的地下，在没有机械和加固材料的情况下，蚂蚁建造了一个能容纳数百万同伴的家园，并能维持数十年。
图1：研究人员站在蚂蚁穴模型旁边。来源：美国加州理工
图2：在蚂蚁挖隧道之前，土壤中颗粒之间的力链是随机排列的（左），但当蚂蚁挖隧道时，力链会重新排列。来源：美国加州理工
现在，利用X成像和计算机模拟，美国研究人员揭开了蚂蚁是如何建造这些复杂而稳定结构的。相关论文https://t.cn/A6IjAKk2刊登于美国《国家科学院院刊》。
有“想”才做
蚂蚁“知道”如何挖隧道吗，还是它们只是盲目地挖？加州理工学院的José Andrade一直有这个疑问。
但Andrade是一名工程师，对蚂蚁“一窍不通”，所以他求助了该校生物学和生物工程助理教授Joe Parker，后者的研究重点是蚂蚁及其与其他物种的生态关系。
Parker说：“Andrade团队需要一个研究蚂蚁的人，深入了解这些群居昆虫的适应性和集体行为，为弄清其挖掘行为机制提供一些生物学信息。”
《中国科学报》从加州理工学院获悉，研究人员花费了近1年培养蚂蚁，并了解它们。他们不仅需要繁殖足够多的蚂蚁进行研究，还需要进行大量的试验。
研究人员在一个容器中建立了小型蚁群，容器中装有500毫升土壤和15只西部收工蚁。每隔10分钟，高分辨率x射线扫描就会捕捉到每一只蚂蚁和每一粒土壤的位置，每次试验持续20小时。
“蚂蚁有点反复无常，它们想挖才挖。”Andrade告诉记者，“我们把蚂蚁放在一个容器里，有些蚂蚁会马上开始挖掘，并会取得惊人的进展。但有些可能要花上几个小时，甚至根本不挖。有些蚂蚁会挖一会儿，然后停下来休息一下。”
但一旦蚂蚁开始行动，研究人员就会对整个过程进行x光扫描，从而生成所有内部隧道的三维扫描图。研究人员可以借助扫描结果创建模拟，显示蚂蚁在隧道越来越深时能取得的进展。
蚂蚁也懂物理学
接下来，研究人员开始分析蚂蚁的实际工作是什么。
他们发现，首先，蚂蚁会尽可能地提高效率，它们会沿着容器的内边缘挖掘，因为容器本身能充当隧道结构的一部分，从而能减少工作量。
它们还把隧道挖得尽可能直。“因为直线是两点之间最短的路径。而且，它们懂得利用容器的侧面，这表明蚂蚁的工作非常高效。”Andrade说。
蚂蚁们也会尽可能地挖出陡峭的隧道，一直挖到所谓的静止角。这个角度代表了颗粒材料在崩塌前可以堆积的最大角度。
什么是静止角？Andrade提到，想象在海滩上建造一个沙堡。如果用的是干沙子，加进去的每一勺沙子都会顺着已经堆好的沙子滑下去。更多的沙子会使堆得更高、更宽，但它永远不会变得更陡。另一方面，如果使用湿沙，就能够把沙堆得足够陡峭，以建造墙、塔和沙堡等。
湿砂比干砂有更高的静止角，蚂蚁能分辨出挖洞时的角度能有多陡，而且不会超过这个角度。“如果我是一名挖掘者，我要活下来，我的挖掘技术必须符合物理定律，否则隧道就会坍塌，我就会死。”他说。
最后，蚂蚁隧道的物理原理是这样的：当蚂蚁移走土壤颗粒时，它们会导致隧道周围称重力链的重新排列。这些力链在蚂蚁开始挖掘之前是随机的。重新排列后，力链一方面加固了隧道现有的土壁，同时减轻了位于隧道末端的颗粒承受的压力，使蚂蚁更容易安全地移走它们。
“在工程学和蚂蚁生态学中，蚂蚁如何构建这些持续数十年的结构一直是个谜。”Parker说，“事实证明，蚂蚁在挖掘时受益于这些环向力链。”
超级有机体
回到开头的那个问题：蚂蚁在挖的时候知道自己在做什么吗?
实际上，有人曾把熔化的塑料或金属倒进蚁巢，凝固成模型后，人们就能看到这些巨大的隧道系统。“这些系统令人印象深刻。我曾看到一张模型照片，模型旁边是一个人，我想‘天哪，这真是一个奇妙的结构。’从那以后，我开始怀疑蚂蚁是否‘知道’如何挖掘。”Andrade说。
但是，人们没有办法询问蚂蚁，于是，研究人员一开始就假设蚂蚁有意识地在泥土中摸索，寻找松散的土粒以便移走。这就像抽积木游戏，玩家需要选择哪块积木能安全取出来。而那些无法移开的石块，也就是蚂蚁建筑的承重“梁柱”（即力链）的一部分。
“一开始，我们假设蚂蚁可以感觉到这些力链，并避免在那里挖掘。它们可能在不停地敲打土壤颗粒，以评估施加在这些颗粒上的机械力。”Andrade告诉记者，“但后来，我们发现，它们似乎并不‘知道’自己在做什么。它们没有系统地寻找沙子中的薄弱点。相反，它们可能是根据物理定律进化出了挖掘能力。”
Parker将这称为行为算法。“这种算法并不存在于一只蚂蚁身上。”他说，“所有工蚁的群体行为就像一个超级有机体。这种行为程序是如何在所有这些蚂蚁的小大脑中传播的，这是自然界的一个奇迹，我们无法解释。”
Andrade希望开发一种人工智能方法，可以模拟这种行为算法，这样他就可以在电脑上模拟蚂蚁是如何挖掘的，并将蚂蚁的挖掘能力用于建造人类隧道。
“与流体或固体等材料相比，颗粒材料的形成方式不同。而且，移动颗粒状材料是非常耗能的，而且成本非常高昂。”他说，“如果蚂蚁的行为算法能够被进一步分析并最终复制，那么就可能在自动采矿机器人上得到应用，无论是在地球上还是在其他行星上，机器人就能更有效地工作。”https://t.cn/A6IjAKkL
#来bibf跟我读世界# 其实，把现象分为自然与社会两方面，就有一个根本的错误。因为社会的现象至少有一部分也是自然的现象。我们承认人类，而特别是文化较高的社会现象，大部分，或是差不多整部分是人为的，而非自然的，然而在动物的世界里的社会现象，却完全是自然的。从多细胞的团体生活，以至高等动物的社会动作，无一不是自然的。
本以为两周的封城竟然延续至今，都整整一个月了。今天的确诊病例已经是八百多了，看这个情况估计会封到十月份，十月份的疫苗普及率大致可以达到百分之七十，到了十一月份就能达到百分之八十，疫苗普及率一旦达到百分之八十，澳洲就会像美国英国一样迎来和疫苗共存的局面，各行各业都会回归正常。我虽然已经接种两针疫苗，心里上却还是不能接受自己万一也有确诊的那一天。毕竟新冠带给人类的灾难太具有历史性的意义了。在这段封锁的日子里最让我觉得不可思议的是我竟然有一个月都没有化妆了[笑cry][偷笑][可怜]啥时候才是个头啊…… https://t.cn/RU1yaH1
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