▲通过观察火蚁如何在模拟土壤的玻璃颗粒中挖掘隧道，研究人员了解了它们在不阻塞交通的情况下高效工作的策略。
8月17日发表在《科学》杂志上的一项研究表明，在火蚁群中，一小部分蚂蚁做了大部分的挖掘工作，而其他蚂蚁则看起来无所事事。这种不太繁忙的策略可以确保不发生交通阻塞从而顺利地挖掘巢穴的隧道。研究人员发现，将这种优化策略应用到自主机器人中，可以避免机械化阻塞，并以最少的能耗完成工作。这种优化对自动化地下机器人进行灾难恢复、采矿或为行星探险者挖掘地下避难所等任务都有所帮助。
“如果一个集装箱里有150只蚂蚁，不管何时，都只有10~15只蚂蚁会在隧道里挖掘，我们想知道原因以及物理基本定律是如何在这其中起作用的。最后发现，工作中这种看似不平等的现象对于社群是有益的，否则挖掘会无法完成。”乔治亚理工学院物理学院的Daniel Goldman教授说。
通过监测标记好的30只蚂蚁，Goldman等人发现火蚁群中30%的蚂蚁做了70%的工作，这种不平等的分配似乎保持了工作的顺利进行，但这并不是因为那些最忙碌的蚂蚁是最称职的。当从巢箱中取出5只最勤奋的蚂蚁时，它们的生产力并未下降。究其原因，科学家们发现蚁巢的隧道非常狭窄，几乎无法让两只蚂蚁同时通过，这种设计能够在挖掘垂直隧道时提供移动优势。而蚂蚁知道如何从被其他工蚁占据的隧道中撤退，进而避免阻塞而影响工作效率。有时蚂蚁去到隧道时，哪怕遇到轻微阻塞也会转身撤退。
为了在没有领导的情况下避免阻塞并实现挖掘最大化，Goldman的硕士生Vadim Linevich建造了机器人来模拟那些闲逛和撤退的蚂蚁行为。结果发现，3个机器人可以在一个狭窄的水平隧道中有效地工作，挖掘模拟粘性土壤的3D打印磁性塑料球。然而，如果第4个机器人进入隧道，就会产生了阻塞，使工作完全停止。“当我们将蚂蚁的规则应用于机器人时，就创造了一个很好的策略，使每个机器人以最低的能耗实现快速挖掘。”Goldman说。
Goldman表示：“在高速公路上，汽车太少不会提供太多的流量，而汽车太多则会造成拥堵。这里存在一个最好的中间水平，称之为基本图。从计算机模型中，我们了解到蚂蚁在基本图的最顶端工作。不平等的工作分配和撤退行为的正确组合，有利于保持它们在不阻塞的情况下最大限度地移动。”
太空探索中需要隧道来快速保护人类不受沙尘暴或其他威胁的影响，而这项研究可能对太空探索大有裨益。Goldman解释说：“这可能会帮助在火星上挖掘隧道以避开沙尘暴的机器人，在无法得知每个机器人工作完整信息的情形下提供庇护。”
除了潜在的机器人应用之外，这项工作还提供了对蚂蚁复杂的社会技能的新见解，增加了对活动事件的理解。Goldman说：“生活在复杂的地下环境中的蚂蚁必须制定复杂的社会规则，以避免在拥挤的环境中发生混乱。这项研究也帮助理解了任务导向的活动事件的物理原理，将更多的实验知识投入到蜂群之类的现象研究中。”
编译：花花 审稿：alone
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