面對洪水，成千上萬隻火蟻（學名：Solenopsis invicta）會組成“諾亞方舟”以生存。新的研究揭示了這些令人毛骨悚然的救生艇如何隨着時間的推移改變形狀。在美國東南部的風暴過後，火蟻形成了這些巨大的漂浮的蠕動昆蟲團，以便在洶湧的海水中生存。
中大博爾德分校的工程師們的一項新研究提出了簡單的基於物理學的規則，這些規則支配着這些螞蟻筏子如何隨着時間的推移而變形：縮小、擴大或長出像大象的樹榦一樣的長突起。
該團隊的發現有朝一日可以幫助研究人員設計出在群體中一起工作的機器人，或者設計出分子遷移以修復受損部位的下一代材料。該成果最近發表在《PLOS Computational Biology》雜誌上。
這項新研究的主要調查者、Paul M. Rady 機械工程系教授 Franck Vernerey 說：“這種行為的起源在於相當簡單的規則。單隻螞蟻並不像人們想象的那樣聰明，但是，它們集體成為非常聰明和有彈性的群體”。
在他們的最新研究中，Vernerey 和主要作者 Robert Wagner 利用數學模擬，或模型，試圖弄清這些救生艇背後的機制。例如，他們發現，一個筏子中的螞蟻移動得越快，這些筏子就越向外擴張，往往形成長長的突起。
機械工程專業的研究生 Wagner 說：“這種行為基本上可以自發發生。不一定需要有螞蟻的任何中央決策”。在 2021 年發表的另一項研究中，兩人將數千隻火蟻丟進一個中間有塑料棒的水桶里，就像暴風雨中的一根孤獨的蘆葦。然後他們等待着。
Wagner 說：“我們把它們留在那裡長達8小時，以觀察這些筏子的長期演變。”我們最後看到的是，這些筏子開始形成這些增長”。隨着時間的推移，這些結構不是保持相同的形狀，而是會壓縮，拉攏形成密集的螞蟻圈。在其他時候，昆蟲會像平底鍋上的煎餅麵糊一樣呈扇形展開，甚至建立橋狀延伸。
該小組報告說，螞蟻似乎通過一個”踩踏”過程來調節這些形狀變化。正如瓦格納解釋的那樣，每個螞蟻筏子都是由兩層組成的。在底部，你可以找到“結構性”螞蟻，它們彼此緊緊地抱在一起，構成了底部。在它們上面的是第二層螞蟻，它們在它們的同胞成員上面自由走動。
在幾個小時內，來自底層的螞蟻可能會爬到頂層，而自由活動的螞蟻會掉下來，成為結構層的一部分。Wagner 說：“整個機制就像一個甜甜圈形狀的跑步機”。在新的研究中，他和 Vernerey 想探索是什麼讓這個跑步機轉起來。
為了做到這一點，該團隊創建了一系列模型，基本上把螞蟻筏子變成了一個複雜的跳棋遊戲。研究人員對大約2000個圓形顆粒或”代理”進行編程，以代替螞蟻。這些代理不能為自己做決定，但它們確實遵循一套簡單的規則。例如，這些假螞蟻不喜歡撞到它們的鄰居，而且它們試圖避免掉進水裡。
特別是，該研究小組能夠調整他們模擬中的代理人的活躍程度。個別螞蟻是緩慢和懶惰，還是經常走動？螞蟻走得越多，它們就越有可能形成長長的延伸，從木筏上伸出來–有點像在一個擁擠的體育場里人們向出口的漏斗。