会看路标、自带导航，这些小蚂蚁倒着也能走回家!

张景阳

随着科技的进步，人类研究动物也早已从基础研究走向了技术应用。根据动物的特性，人类发明了众多实用产品，比如根据海豚外形设计的潜水艇、根据鸟类飞翔原理设计的飞机、根据萤火虫制造的日光灯等。而现在，蚂蚁也被发现自带“导航”功能，会看路标，甚至倒着也能走回家，这对人类又有什么启示？一起去看看吧。

蚂蚁的神奇超能力

全世界共有15000多种蚂蚁，几乎遍布全球每个角落。大量的科学研究和实验表明，蚂蚁虽小，却是一个十分神奇的物种，它们的众多能力超乎人们想象。

蚂蚁可以把大于自身体重数十倍的食物（例如饼干屑、昆虫、肉粒等）拖进巢穴，按照体重与被拖动物体的质量换算，蚂蚁的力气至少是大象的60倍。在南美洲，蚂蚁还是外科手术的绝佳助手。在圭亚那的印第安人部落里，当地的大夫做外科手术时，常用一种叫割叶蚁的蚂蚁来完成伤口缝合：大夫先将病人的伤口对合，让割叶蚁咬住缝合口，再剪下蚁身，留下的蚁頭就成了最好的羊肠线。这种缝合方式把伤口缝合得紧密无缝，伤口愈合后还不必拆线，极大减轻了病人的痛苦。

美国著名的生物学家刘易斯-托马斯曾经这样描述蚂蚁：“蚂蚁太像人了，它们培植真菌，喂养蚜虫做家畜，把军队投入战争，用化学喷剂惊扰和迷惑敌人并捕捉奴隶……它们不停地交换信息，几乎什么都干，就差看电视了。”

蚂蚁认路不光靠眼睛看

“如果只观察而不干扰，蚂蚁外出觅食和返回巢穴的全过程基本很顺利，即使途中有停顿，也几乎不会走弯路;但是如果对蚂蚁走过的地方进行阻断和干扰，蚂蚁在走到被干扰地点时就会原地打转，或者先后向不同的几个方向试探前进，最终又回到原地。”内蒙古生物技术研究院生物材料创新工作室张志刚在研究蚂蚁体内营养成分的时候发现，即使是拖着沉重的食物倒行，只要蚂蚁走过的路径不被干扰，它们仍然能够顺利、快速返回巢穴。

有研究表明，蚂蚁的眼睛是由成百上千的单眼结构构成的复眼，但如此多的眼睛并没有帮助蚂蚁更好地洞悉周围发生的一切。西班牙沙漠蚂蚁在向前走时，使用了一种称为“路径整合”的策略：它们记得自己走过的曲折感觉以及从巢穴走了几步，用于计算最快的回家路线。它们还依靠太阳的角度来获取方位，环顾四周的景色，并记住某些可以帮助它们返回的地标。

但是，蚂蚁在向后走时，是否也能采用向前走时的策略0尼7有研究发现，蚂蚁是通过测量步幅大小来完成倒退行走的。他们认为，蚂蚁能这样做是因为它们能够精确测量自己行走的距离，甚至每条腿分别移动的距离。但很多时候，研究人员也充满疑惑，当所有定位巢穴的视觉和气味线索都是错误的方向时，蚂蚁为什么仍能沿着正确的方向倒退行走？

一项同样来自欧洲的研究结论对此予以了补充蚂蚁的眼睛有很宽的视角——有近360度的视野，而人类在不转头的情况下，只能看到周围1/3的环境。当蚂蚁离开巢穴时，它们很可能会从身旁和身后获取信息，然后在拖拽食物时利用这些信息“导航”。爱丁堡大学信息技术教授芭芭拉·韦柏表示：“蚂蚁不仅依靠观察沿途景观来认路，而且脑内还有精准的导航。它们甚至懂得在天空做标记，让自己每次都能顺利找到回家的路线。”这不仅仅包括视觉，还包括视觉记忆、气味，甚至天文学原理。时至今日，蚂蚁的识途本领仍在不断刷新着科学家们的认知。

20世纪90年代初，一个名为“蚁群算法”（又称“蚂蚁算法”）的概念被提出，正式开启了蚂蚁导航功能的应用研究。蚁群算法的提出者、布鲁塞尔自由大学的计算机科学家马尔科-多里戈认为，人类完全可以用此来解决复杂的问题，比如安排卡车运输路线、调度航班或制导军事机器人。

随着理论的不断完善，蚁群算法逐步从蚂蚁的活动范围、生活环境、觅食规则、移动规则、避障规则、信息素规则等方面入手，研究出一系列适用于人类活动的优化计算方法。基于这样的计算原理，发达国家的技术应用已经见到实效。2019年年初，法国科学家开发出—种能像蚂蚁一样导航的六足机器人，命名为“antbot”。这种六足机器人的导航系统借鉴了沙漠蚂蚁的导航原理，即觅食的蚂蚁能通过留在地上的信息素找到返回栖息地的路。

依靠现代科技，这种机器人还配备了一个用于根据天空中的偏振光检查其航向的光学罗盘，以及一个用于直观地确定它从起点到终点需要走多远的光学运动传感器，这样的设置允许机器人探索周围14米的总距离。事实上，我国的科学家也已经开始了蚁群算法的应用研究，研究方向主要是导航计算方法和导航产品研发。蚁群算法是一种用来在图中寻找优化路径的概率型算法，具有明确的反馈机制、并行分布式计算及良好的自启发机制等优点，在求解庞杂的组合优化问题方面具有明显的优越性。

在不久的将来，我们完全可以制造出一种导航系统模型，而这种导航系统可以将路上行驶的每台车辆视为一只蚂蚁，每辆在行驶过程中的车辆，通过导航终端将所经过的路径长度、通行时延等评判信息实时上传至导航中心服务器端。当后续车辆进行寻路导航时，导航系统可根据其他车辆的实时反馈评判信息，对该车辆可能行驶的路线进行评判，从而可以找出最优的路线。

（责任编辑：赵梦祺责任校对：白玉磊）