体积虽小，力量却如歌利亚:蚁基微型机器人的殖民
想象一下，爬上一座摩天大楼——但要拖着一头大象。或者和其他五个人一起，举起埃菲尔铁塔和三座自由女神像。虽然这听起来像西西弗斯，但受蚂蚁启发的微型机器人已经完成了这些令人难以置信的壮举。这些例子只是蚁丘的一角。
随着蚂蚁继续前进，作为一个巨大的超级有机体占据了地球上几乎每一块陆地，研究人员越来越多地把蚂蚁作为仿生机器人的灵感来源。蚂蚁大军拥有理想的物理解剖和生物组织，可以在现实世界中改造微型机器人的能力——从领导搜救任务，到绘制地球和太空中以前未探索过的地形。
在基础层面上，简单的数学和物理支配着蚂蚁个体的巨大力量。根据平方立方定律，蚂蚁的表面积和体积之间有一个最佳比率:类似于强度和质量之间的比率。这使得蚂蚁能在每毫克体重下发挥更大的力量。蚂蚁的生理机能是另一项值得探索的资产。2014年，俄亥俄州立大学的研究人员在《生物力学杂志》上报道了蚂蚁颈部关节的惊人力量。通过测量将蚂蚁的身体和头部分离需要多大的离心力(和你在狂欢节上的“旋转木马”所感受到的力一样——当然，减去被斩首的部分)，他们发现关节可以承受蚂蚁体重的3400到5000倍!
但它们的生物和社会协调能力才是真正让蚂蚁与众不同的地方。蚂蚁不仅能集中力量形成一个集体，而且还能通过一种叫做信息素的化学信号进行分散交流。这个千变万化的系统的功能类似于水中的涟漪链，它有效地允许即使在很远的距离内进行有凝聚力的团队合作。
当这些能力的组合应用于群体机器人时，结果令人印象深刻。斯坦福大学创造的微型拖船机器人就是一个例子。当一个六人小组——总共只有3.5盎司重——拉着一辆重达3900磅的汽车时，他们上了头条。同步机器人的动作，使每个机器人使用六条腿中的三条腿，就像现实生活中的蚂蚁合作一样，这使得这种行为成为可能。瑞士École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)和大阪大学发明的Tribots就是另一个例子。Tribots基于陷阱颚蚂蚁，分工与领导是Tribots的核心组成。因此，如果一个机器人失败，“容错”系统意味着任务的成功不会受到不利影响。MicroTug和Tribot机器人在紧急救援、探索和导航任务中都有巨大的潜力。
“就像昆虫一样，小型机器人也可以很强大，”EPFL首席研究员杰米·白(Jamie Paik)说，这呼应了研究界越来越多的观点。考虑到微型机器人尚未开发的蚂蚁能力的广度，用不了多久就会有更多的机器人女王出现在这个领域。
Works Cited
Akpan, Nsikan. “How Do Ants Synchronize to Move Really Big Stuff?” PBS NewsHour, 28 July 2015.
“Ant Factoids.” Arizona State University.
Gorder, Pam Frost. “Study of Ants’ Remarkable Strength May Lead to Powerful Micro-Sized Robots.” The Ohio State University, 13 Feb. 2014.
Gordon, Deborah M. “Local Links Run the World.” Aeon, 1 Feb. 2018.
Hernandez, Daisy. “Robotic Ants Function Just Like Real Ones.” Popular Mechanics, 15 July 2019.
Johnson, George. “Of Mice and Elephants: A Matter of Scale.” 12 Jan. 1999.
Koenig, Sven. “Tutorial on Ant Robotics.” Sven Koenig.
Markoff, John. “Modeled After Ants, Teams of Tiny Robots Can Move 2-Ton Car.” The New York Times, 13 March 2016.
“Microtugs.” Stanford Biomimetics and Dexterous Manipulation Lab, 28 April 2016.
Stevens, Allison Pearce. “Tiny Microrobots Team up and Move Full-Size Car.” ScienceNews for Students, 19 April 2016.
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