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如果您曾經被一群火蟻追趕，您可能會想到潛入最近的水體來逃避它們痛苦、瘙癢的叮咬。那就錯了。事實證明，數千只火蟻可以輕鬆地自組裝成防水筏，這種筏可以在水上漂浮數月。
佐治亞理工學院研究人員的一項新研究，於4月25日發表在《美國國家科學院院刊》上，發表，對火蟻卓越的造筏才能進行了力學分析。
當它們的棲息地被洪水淹沒時，無論是它們原生的巴西雨林還是佐治亞州的路邊——在那裡意外進口的火蟻現在數量眾多——螞蟻會撤離它們的巢穴並從地下出來。“蟻群會作為一個整體聚集在一起並漂浮，”內森·姆洛特，一位研究生兼該研究的主要作者說。“在南方，雨季期間，您有時可以在河裡看到它們。”
在不到兩分鐘的時間內，整個蟻群將透過使用它們的下顎、爪子和腿末端的粘墊相互抓握，聚合成一個水密的煎餅狀筏。姆洛特說，在實驗室中製造的最大的這種筏直徑約為20釐米，由約12,000只螞蟻組成。自然界中可能會有更大的筏，因為蟻群的數量可能達到數十萬。這些筏使蟻群能夠完整地遷移到更乾燥的陸地。“如果每隻螞蟻都逃散了，就無法保證它們能夠再次找到彼此，”姆洛特說。
當然，蟻筏成功的關鍵在於它會漂浮。雖然單隻螞蟻由於其體積小、疏水性外骨骼和水的表面張力而可以漂浮，但一大塊密集的螞蟻群如何保持漂浮尚不清楚。透過觀察水在單隻螞蟻和蟻筏上的成珠現象，研究人員發現，筏狀結構的螞蟻更防水。防水性的增加與卡西-巴克斯特潤溼定律一致，該定律指出，增加表面的粗糙度可以提高其防水性。筏底部的螞蟻用它們多毛的纏結身體形成堅實的紋理表面，捕獲一層薄薄的空氣。捕獲的空氣防止水粘附，增加了筏的浮力，並允許底部的螞蟻呼吸。“蟻筏代表了一個透過合作行為使表面具有防水性的清晰例子，”研究人員寫道。
如果蟻筏受到外力干擾——例如好奇的研究人員用樹枝戳它——它會收緊，變得更加堅硬和水密。即使整個筏子浸沒在水下幾釐米處，它周圍也會被一個氣泡包圍，使其能夠重新浮出水面。
當一團螞蟻被扔進水中時，底部的螞蟻會相互抓住以形成穩定的底座，而頂部的螞蟻會慢慢擴大筏的邊緣。姆洛特說，這種看似協調的團隊合作實際上只是個體螞蟻層面的隨機行走。當一隻螞蟻到達筏的邊緣時，它要麼轉身，要麼被後面推的其他螞蟻推到底部，然後被踩在腳下。“建造過程的關鍵是將螞蟻困在筏的邊緣，這表明某些‘合作’行為可能依賴於強迫，”研究人員寫道。
“這是一個極好的例子，說明了觀察自然界的多樣性如何引導我們思考新穎裝置的設計靈感，”加州大學伯克利分校實驗室主任羅伯特·富爾說，該實驗室研究各種動物的生物力學。這項新研究表明，能夠模仿蟻筏的機器人需要達到毫米級，並且能夠可逆地連線和互相攀爬。
富爾說，科學家們已經在開發可以構建自組裝和自修復結構的微型機器人，儘管最小的此類機器人仍然有四分之一大小。“隨著我們人類的技術呈現出自然的特徵，那麼自然就成為了更好的老師，”富爾說。