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偷师白蚁的“火星建筑师”

原创
2020-02-13  大科技杂...

未来谁会成为第一批“火星建筑师”?如果是机器人,那么这样的机器人应该具备哪些本领呢?

令人叹服的白蚁建筑大师

在现代文明高度发展的今天,人类已经创造出了很多“摩天级”的建筑物,如目前世界上最高的建筑物——加拿大多伦多的集餐饮、观光等多功能于一身的电视塔就高达553.34米。www.73888.com_【官方首页】-888彩票不过,如此高大的建筑物一旦与动物王国的顶级建筑大师白蚁相比,就有些逊色了:白蚁建造的高塔最高可达10余米,对身长只有1厘米左右的白蚁来说,这就相当于人类盖出了1400米高的高塔了。

别以为白蚁高塔仅仅是个土堆,里面的结构其实很复杂。比如其中有空调系统、带顶的过道和花园等等。两位日本科学家想弄清在同样的外部环境下,同一种类的白蚁群的建筑风格会有多大的不同,于是将8个生活在森林地下的栖北散白蚁种群转移到实验室中,并为每一群白蚁提供一大块压缩的木屑板用于筑巢。当他们把蚁群分割成为多个小群体时,从同一种群中分出去的所有小群体的建筑风格都惊人的相似,但不同蚁群的建筑风格竟然迥异。

白蚁塔的建筑材料也很特别,它不是单纯的泥土,而是是由唾液、泥土和粪便组成的,这些材料都是在白蚁的嘴里进行调和后,才能成为合格的建筑材料。这种材料非常坚固,如人造混凝土一般,所以由它建造的高塔能保持100年之久。www.73888.com_【官方首页】-888彩票白蚁用粪便作为建筑材料是“别具匠心”的,因为粪便里含有能起保护作用的细菌,这种细菌能够阻止那些能杀死白蚁的真菌入侵。这表明白蚁的建筑材料不仅结实,而且抗菌,这实在是太令人佩服了。

破解白蚁建筑大师的“建筑秘技”

我们知道,白蚁的眼睛功能已经全部退化了,可以说它们天生就是“瞎子”。那么瞎子白蚁是靠什么高智商能群体协作,建筑那么高、那么复杂的建筑呢?

其实,在白蚁的大脑里,并没有一个关于建筑高塔等巢穴的计划、组织和控制机制,白蚁之间甚至没有“手碰手、头贴头”的直接交流,因此,巢穴的精致框架和复杂结构,完全是每个白蚁单独识别其他白蚁留下的分泌物气味,来决定自己应该采取什么相应的行动。

为什么气味能发挥这种神奇作用呢?那是因为同一个群体的白蚁天生存在一种“气味语言”,而不同的气味语言表达的行动指令也是它们公认的行为规范和指令,也就是它们的“集体共识”,大家都知道按照“集体共识”去行动。例如一只白蚁如果发现了食物,它就会在回家的路上留下一路的气味。随后,其他的白蚁就会沿著这条路线去找食物,并不断地加强气味。如果食物被采集完了,后来的白蚁就会掉头,这样面路上的气味就会很快减少并消散,于是后面的蚂蚁就不会沿着这条路去搬运食物去了。这场集体搬运食物的行动靠的就是气味语言,和白蚁们对气味的“集体共识”。而白蚁进行建筑行动,也是基于同样的原理:前面的白蚁如果在某个位置放了一块“砖”——白蚁特制的建筑材料,那么后面的白蚁就会循着“气味路线”,在这块“砖”前面继续放“砖”……

这种行为特点在许多有社会性的动物中都存在,在学术上,它被称为“共识主动性”,指的是一个共识群体中,个体单独行动的协调机制。www.73888.com_【官方首页】-888彩票这一机制在没有中枢控制系统和直接交流信息的条件下,个体单独地、连续地互相修正,自我更新,逐步完善自己的行为和生态环境,属于群体智能。其原理是,在群体行动中,每个个体通过识别其他个体行动中留下的信息,来自觉独立完成下一个任务,个体之间并没有直接接触和联系。这种自发行动具有明确的连贯性,具有系统性活动特征,所以它们能够完成很“宏伟的建筑”——巨大的任务,而这也正是白蚁建筑大师的“建筑秘技”。

打造第一批“火星建筑师”

白蚁的“共识主动性”行为启示人们,建筑房屋并不需要有一个“总指挥”,组织一批建筑师按照一张“大设计图”去分工协作,并接受统一调配,仅仅让每个建筑师根据周围环境自行决定如何行动就可以了——这种看似缺乏统管的集体行动最终往往能筑成高大的建筑。重要的是,这种建造模式的突出优点是:无论缺少谁都不会影响整个建筑工程,因为谁都可以被替代;而且建筑规模也容易扩展,投入的建筑师越多,建筑规模就可以越大。

www.73888.com_【官方首页】-888彩票最近,哈佛大学研究人员利用这一原理设计了模仿白蚁行为的电脑程序,最终制造了“白蚁机器人”。这种“白蚁机器人”大小有儿童玩的中型遥控玩具车,有四个轮子,装有若干探测器和举起物件的装置。它还能前后左右移动,并到指定位置拿取积木一样的“砖块”,随后根据探测到的环境情况和电脑里预设的“行为共识”把“砖块”放到一个它们自认为的合适位置。www.73888.com_【官方首页】-888彩票当它们遇到已放有“砖块”的地方,并不会“傻乎乎”地把那里的“砖块”搬走,而是爬到“砖块”上层,再进行垒放,如此层层叠加,就像白蚁建高塔那样。

虽然现在的“白蚁机器人”的技能还处在“摆弄积木”的初级阶段,但将来它们可能在很多地方都有用武之地,比如人类如果要开发火星,就可以派它们担当第一批“火星建筑师”的重任,为人类大规模开发火星建造简易住所。www.73888.com_【官方首页】-888彩票当然,未来它们还能在人类难以工作的或有危险的环境中被派上用场,比如用沙袋修建防洪堤,在余震未消的地震灾区建造庇护场所,或者在水下或在其他星球上建造栖息场所。

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