淺析螞蟻觸角的功能在仿生學(xué)中的運(yùn)用

徐孝天

摘要：二十一世紀(jì)，人們對(duì)于螞蟻的研究越來越廣和深。而螞蟻?zhàn)鳛槭澜缟蠑?shù)量最多的昆蟲之一，其可挖掘的新知識(shí)無窮無盡?，F(xiàn)當(dāng)代對(duì)于螞蟻觸角的功能和實(shí)際運(yùn)用已有較為成熟的研究，本文將關(guān)于其觸角功能在仿生學(xué)中的假想運(yùn)用進(jìn)行闡述。螞蟻之間于同伴的分工合作與團(tuán)結(jié)最讓人振奮，而另一項(xiàng)它的觸角功能，在仿生學(xué)中的實(shí)際與假想運(yùn)用中給予人不同啟發(fā)與靈感。

關(guān)鍵詞：螞蟻觸角；功能；仿生學(xué)

前言

螞蟻是世界上數(shù)量、種類最多的物種之一，它可以改良土地，幫助植物授粉，保護(hù)植物種子。但它也會(huì)破壞莊稼、生態(tài)環(huán)境，傳播疾病，危害人類健康。地球上所有的生物都有自己的獨(dú)特之處，發(fā)現(xiàn)它們的特點(diǎn)，并有效得利用這些的特點(diǎn)運(yùn)用于仿生學(xué)中，使它們有用于世界。

一、螞蟻觸角的功能

1、感受氣味

螞蟻觸角上的觸角葉是螞蟻的觸角葉是螞蟻腦內(nèi)初級(jí)的嗅覺中心，通過觸角神經(jīng)與觸角發(fā)生關(guān)聯(lián)，再通過觸角神經(jīng)把氣味反饋給更高級(jí)的神經(jīng)中樞，從而指示螞蟻?zhàn)龀龇磻?yīng)。螞蟻能通過它頭上的觸角，尋找食物。當(dāng)在一定無人為干擾下，用肉，糖等食物引誘螞蟻，螞蟻會(huì)受各個(gè)氣味的影響，螞蟻通常會(huì)把糖類在原地食用，而肉類食物螞蟻會(huì)把食物運(yùn)回蟻巢。但螞蟻的食性會(huì)隨季節(jié)的改變而改變。通過觸角感受氣味是螞蟻溝通交流的重要途徑。

2、探路尋路

螞蟻有眼睛，但在蟻巢這種光線弱黑暗地底交通錯(cuò)雜的環(huán)境下，眼睛就無任何作用，只能使用觸角來探尋方向，感受不同螞蟻留下的不同的信息素和氣味來辨別方向。

3、運(yùn)動(dòng)功能

螞蟻的運(yùn)動(dòng)功能受哪一個(gè)器官主要控制。選二十只同一蟻群的螞蟻平均分十只放入兩個(gè)透明單向通過外界的容器中，一組標(biāo)記為A，一組標(biāo)記為B。A組剝?nèi)テ溆|角，B組保持原樣不變。一段時(shí)間后，B組中的螞蟻已經(jīng)完全爬出，而A組中的兩只螞蟻爬出，有一只螞蟻沒有移動(dòng)，三只螞蟻中心不穩(wěn)多次倒下，另三只螞蟻在容器個(gè)地方。試驗(yàn)證明觸角對(duì)螞蟻的運(yùn)動(dòng)功能有著控制作用，對(duì)螞蟻的空間位置，使身體協(xié)調(diào)運(yùn)作。

4、接受聲音

螞蟻使用觸角來當(dāng)耳朵，來收取同伴和外界的信息，來躲避來臨的危險(xiǎn)。

二、仿生學(xué)的定義

仿生學(xué)（Bionics）是生命科學(xué)與機(jī)械、材料和信息等工程技術(shù)學(xué)科相結(jié)合的交叉學(xué)科，具有鮮明的創(chuàng)新性和應(yīng)用性。仿生學(xué)的目的是研究和模擬生物體的結(jié)構(gòu)、功能、行為及其調(diào)控機(jī)制，為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)理念、工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成。在 上百萬年演變過程中，人類學(xué)習(xí)和利用自然，增強(qiáng)生產(chǎn)效率。仿生學(xué)隨著時(shí)代的前進(jìn)蓬勃發(fā)展。仿生學(xué)領(lǐng)域的重大發(fā)明在一定程度上推動(dòng)了人類文明的進(jìn)程。1960 年美國(guó)人斯蒂爾根據(jù)拉丁文構(gòu)成 Bionics 一詞，同年召開了全美第一屆仿生學(xué)討論會(huì)。這標(biāo)志著現(xiàn)代仿生學(xué)的開始。

三、螞蟻觸角功能在仿生學(xué)中的實(shí)際運(yùn)用

（1）蟻群算法

螞蟻憑借著觸角去找尋伙伴在已知路線上釋放“信息素”，同蟻巢中的螞蟻對(duì)這種“信息素”異常敏感，螞蟻往返“信息素”濃度較高路徑的次數(shù)較多，而每只路過的螞蟻都會(huì)在路上留下“信息素”，這就形成一種類似正反饋的機(jī)制，一段時(shí)間后，會(huì)發(fā)現(xiàn)蟻群都會(huì)順著這條最短路徑抵達(dá)食物所在地。這種算法用來實(shí)際解決和優(yōu)化路線問題。近幾年來，該算法解決了許多網(wǎng)絡(luò)路由中的問題，社會(huì)上學(xué)者越來越關(guān)注它，并提出了一些新的基于螞蟻算法的路由算法。

四、于螞蟻觸角運(yùn)用的假想

（1）考古探頭

利用螞蟻觸角能引導(dǎo)螞蟻在黑暗封閉的環(huán)境中進(jìn)行移動(dòng)的特點(diǎn)制作一個(gè)考古探頭。為了防止探頭對(duì)原有環(huán)境及原有文物的影響，探頭不能發(fā)光，且制造探頭的材料不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。探頭的設(shè)計(jì)方面，應(yīng)對(duì)復(fù)雜的考古環(huán)境，探頭可實(shí)現(xiàn)多節(jié)，且節(jié)點(diǎn)的間距可以非常小。探頭的長(zhǎng)度可有預(yù)測(cè)長(zhǎng)度而定。探頭的制作材料由事先預(yù)測(cè)考古環(huán)境中所含的元素而定，選定一種不會(huì)與這些元素發(fā)生的一種可塑性元素。探頭內(nèi)部是一些數(shù)據(jù)線，傳輸信息和發(fā)出指令。探頭可伸縮，便于攜帶。探頭頂端有一個(gè)攝像頭，具有夜視功能且能夠發(fā)射紅外線掃描整個(gè)區(qū)域。探頭上有許多小孔來辨別氣味和接受聲音。

（2）觸角傳感器

觸角傳感器是運(yùn)用于安全防護(hù)這一方面。運(yùn)用在安全解鎖方面。觸角傳感器是一種全方位檢查并防護(hù)的一種裝置。它可以通過人的指紋、氣味、眼球?qū)θ诉M(jìn)行識(shí)別，由而對(duì)人的財(cái)產(chǎn)或文件進(jìn)行保護(hù)。觸角傳感器由指紋傳感器、氣味傳感器和掃描眼球傳感器組成。重點(diǎn)在于氣味傳感器。人體也是會(huì)有氣味的。不同的人會(huì)有不同的氣味?？梢杂^察身邊的人發(fā)現(xiàn)他們的味道是不同的。氣味傳感器會(huì)收入你身體上的氣味，把氣味在轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫，氣味傳感器由嗅覺傳感器處理氣味。在需要分析氣味時(shí)，氣味通過氣味敏感系統(tǒng)分析處理，氣味敏感系統(tǒng)由多元數(shù)據(jù)組成。

結(jié)語

通過對(duì)螞蟻觸角功能的研究，會(huì)發(fā)現(xiàn)螞蟻觸角可以感知?dú)馕?、探路尋路、維持身體運(yùn)作、接受聲音，而這些特點(diǎn)運(yùn)用到仿生學(xué)中，假想應(yīng)用于考古、安保等行業(yè)之中。

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