蚂蚁启发的仿生机器人群可齐心协力冲出“监狱”

蚂蚁启发的仿生机器人群可齐心协力冲出“监狱”从某种意义上说，蚁群是在算法上运行的--单个蚂蚁不会专门思考一项任务，但它们遵循一套本能的规则，指导它们完成复杂的工程壮举，如挖掘隧道网络或建造桥梁。它们利用触角和信息素轨迹相互交流。哈佛大学的研究小组首先进行了一项实验，将一小群蚂蚁放在一个特别设计的栏里，这是一个由柔软的沙墙包围的圆形陷阱，以观察它们如何合作逃生。起初，这些蚂蚁都是随意地四处游荡，但很快一些蚂蚁就开始在分散的地方挖掘墙壁。随着时间的推移，研究小组发现，这些蚂蚁放弃了单独的挖掘，而是聚集在一起，更有效地在一条隧道上工作，直到它们最终成功突围。根据他们的观察，研究人员对正在发生的事情建立了数学模型。当蚂蚁们相互碰撞时，它们会通过它们的触角进行交流。随着时间的推移，它们会开始偏爱那些它们更经常互动的区域，从而形成一个反馈回路，使它们越来越多地聚集在这些地方。这带动它们集中精力在一个地方挖掘，直到它们突破，而不是每只蚂蚁都挖自己的隧道。有了这个模型，该团队随后着手建造遵循类似规则的机器人。他们的机器人蚂蚁，他们称之为RAnts，没有发出化学信息素，但留下了光场，或"光激素"，机器人经过的次数越多，光场就越亮。RAnts被编程为遵循三个简单的规则：它们必须遵循光场的梯度，在光场密度高的地方避开其他机器人，在密度高的地方捡起障碍物并将它们移到密度低的地方。果然，这些规则允许RAnts以与蚂蚁实验大致相同的方式进行合作。当把它们放在自己的畜栏里，周围有几圈小障碍物时，这些机器人很快就发现最好的逃跑计划是一起合作，集中在一个地方。这种技术对于设计能够通过合作完成复杂任务的简单机器人群来说可能是至关重要的，而且还有很多其他受蚂蚁启发的机器人的例子在那里。该团队表示，这有可能被扩展到几十个或几百个机器人，用于一系列的使用案例，还有一个额外的好处是，即使有几个机器人坏掉了，整个团队仍然可以完成工作。"我们展示了合作完成任务是如何从简单的规则中产生的，类似的这种行为规则可以应用于解决其他复杂的问题，如建筑、搜救和防御，"该研究的共同主要作者SGangaPrasath说。这项研究发表在《eLife》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335985.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335985.htm

蚂蚁山的恐慌：蚂蚁大脑中的特殊信息素反应

蚂蚁山的恐慌：蚂蚁大脑中的特殊信息素反应一项新的研究显示，蚂蚁通过特定的信息素传达危险，这些信息素激活了它们大脑的一个特定部分，引发了复杂的反应，如撤离巢穴和保护后代。这种反应因蚁群大小而异，未来的研究旨在深入研究不同的蚂蚁群体如何处理相同的信号。“人类并不是唯一具有复杂社会和交流系统的动物，”洛克菲勒大学的主要作者泰勒·哈特说。“在进化过程中，与其他昆虫相比，蚂蚁进化出了极其复杂的嗅觉系统，这使得它们能够使用许多不同类型的信息素进行交流，这些信息素可能意味着不同的事情。”这项研究表明，蚂蚁的大脑中有自己负责沟通和交流中心，这有点类似于人类。该中心可以解释来自其他蚂蚁的警报信息素或“危险信号”。它们大脑的这一部分可能比蜜蜂等其他昆虫的大脑更先进，之前的研究表明，蜜蜂依赖大脑的许多不同部分来协调对单一信息素的反应。“蚂蚁大脑中似乎有一个感觉中枢，所有引起恐慌的警报信息素都流入其中，”洛克菲勒大学的通讯作者丹尼尔·克罗瑙尔说。研究人员使用一种名为GCaMP的工程蛋白来扫描暴露于危险信号的克隆掠食蚁的大脑活动。GCaMP的工作原理是将自身附着在钙离子上，钙离子会随着大脑活动而爆发，产生的荧光化合物可以在适合观察它们的高分辨率显微镜上看到。在进行扫描时，研究人员注意到，蚂蚁大脑中只有一小部分会因危险信号而发光，但蚂蚁仍然表现出即时而复杂的反应行为。这些行为被称为“恐慌反应”，因为它们涉及逃跑、撤离巢穴以及将后代从巢穴转移到更安全的地方等行为。具有不同群体大小的蚂蚁种类也使用不同的信息素来传达各种信息。哈特说：“我们认为，在野外，克隆掠夺蚁的蚁群规模通常只有数十到数百只，就蚁群而言，这个规模相当小。通常，这些小群体往往会出现恐慌反应作为他们的警报行为，因为他们的主要目标是逃跑和生存。他们不能让很多人冒险。行军蚁是克隆掠夺蚁的近亲，拥有庞大的蚁群——数十万或数百万个体——而且它们的攻击性更强。”无论哪种物种，蚁群中的蚂蚁都会根据品种和角色进行划分，不同品种和角色的蚂蚁的解剖结构略有不同。为了这项研究的目的，研究人员选择克隆掠夺蚁作为一个物种，因为它们很容易控制。他们使用一种品种和角色中的一种性别的蚂蚁（雌性工蚁）来确保一致性，从而更容易观察广泛的模式。一旦研究人员对品种、性别和角色之间的神经差异有更清晰的了解，他们可能就能更好地理解不同蚂蚁大脑如何处理相同的信号。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368267.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368267.htm

为什么白蚁有蚁王/蚁后 蚂蚁只有蚁后？

为什么白蚁有蚁王/蚁后蚂蚁只有蚁后？巢穴中有3个蚁后1个蚁王，蚁后体长约5cm，体型肥硕，目测已经存活10年以上，其他成员预估数量可能超过百万。大自然中，像白蚁这样社会性动物有很多，例如蚂蚁和蜜蜂。然而，仔细比较就会发现蚂蚁家族中，只有蚁后没有蚁王，且单后制多，多后制少。为什么白蚁家族如此特殊，不仅有多位蚁后，还有蚁王呢？蚁后又是如何从几毫米长到几厘米的呢？它又是如何建立整个白蚁王国呢？蚁王、蚁后、一级备选蚁后、二级备选蚁后、兵蚁、工蚁白蚁的家族成员有哪些？它们是如何形成的？在大多数蚂蚁家族中，典型的角色是：蚁后、雄蚁、工蚁和兵蚁（部分种类才有兵蚁），而白蚁家族比蚂蚁家族要复杂得多，主要有蚁后、蚁王、工蚁、兵蚁和若蚁。白蚁家族的原始创始人是蚁后和蚁王，而它们的选拔则需要经历“婚飞”仪式。那时候雌蚁和雄蚁长着2对发达的翅膀，每年4-6月之间，这些长着翅膀的白蚁就会离开巢穴去寻找另一半。婚飞，和我们常说的“相亲大会”差不多，看对眼的雌蚁和雄蚁就会找一个合适的地方，然后挖一个足够大的坑，作为婚房，等把所有出口都关闭后才开始交配。此时，身上的翅膀已经去掉了，之后它们的一生都将在这个地方度过，也不会再挪窝了。从这里就可以看出，蚂蚁和白蚁的不同之处。蚂蚁家族中，蚁后交配一次，就可以终身繁殖，因此雄蚁交配后就会死亡，而白蚁中的蚁王寿命长达1-4年，它和蚁后一起常埋地下巢穴，多次交配，才建立了庞大的王国。婚飞后，蚁后开始产卵。早期整个王国就只有蚁王和蚁后，怕照顾不过来，首次产卵一般只有10-20个。在它们长大之前，蚁王保卫蚁后照顾。长大后，这些小卵就会发育成工蚁和兵蚁。两者各司其职，工蚁负责巢穴里所有劳作，例如寻找食物、挖穴、喂养蚁后蚁王、打扫、照顾卵等等，而兵蚁则是接替蚁王，负责保卫整个巢穴的安全。不同的职能，外形差异也很大。常看到那些白色的小小的白蚁是工蚁，也是巢穴中成员数量最多的，至少在80%以上，其次是兵蚁，大约占5%。兵蚁也可以分为两种，一种是上颚兵，头非常大，上颚发达，像一把大叉子，可以和入侵者对抗；另一种是象鼻兵，上颚特化成一个类似吸管的孔，可以分泌出一些有害物质来击退入侵者。最初的3-5年，为了快速壮大，蚁后产的卵几乎都只发育成兵蚁和工蚁。一般来说，兵蚁和工蚁是不能繁殖的，为了应对突发情况，等巢穴发展稳定后，蚁王和蚁后就会储备备用的“王和后”。和蚂蚁不同的是，白蚁的发育需要经历卵、若虫和成虫。若虫就是未成年的白蚁，它有很强的发展潜力，可以发育成有翅膀的繁殖蚁，也可以发育成兵蚁和工蚁，这都是由蚁王和蚁后通过信息素来控制的。蚁王蚁后死亡，下一代的王和后如何选拔？一般来说，蚁后会比蚁王长寿很多，蚁王寿命在1-4年，蚁后最长可达30-50年。为了长远考虑每个发展成熟的白蚁家族是会配备繁殖型白蚁，而且不止一个。白蚁家族中，蚁后、蚁王、若虫、工蚁和兵蚁，其中只有兵蚁完全不育，其他几种白蚁都有繁殖能力。若虫可以发育成2种繁殖者，有翅和无翅。有翅膀的就是要飞出去婚飞自己建立巢穴的，无翅膀的，则可以在不经过婚飞阶段的情况下成为繁殖型白蚁，直接待在巢穴中以备后用。工蚁中也有真工蚁和伪工蚁之分，白蚁的后代都是通过交配产生的，有雌雄之分，因此在特定情况下，伪工蚁也是可以发育成繁殖型白蚁的。总的来说，当蚁后或者蚁王死亡后，另一半会分泌信息素，备用的繁殖型白蚁就会发育成初级繁殖体，接替蚁王或蚁后继续繁殖。值得一提的是，有的白蚁蚁后还可以通过孤雌生殖的方式，产生备用蚁后。蚂蚁和白蚁有什么不同？虽然都叫“蚁”，但本质上存在很大差距。蚂蚁是有翅亚纲膜翅目蚁科，而白蚁是有翅亚纲等翅目白蚁科。科学家认为，在亲缘关系上，白蚁和蟑螂更为相近，蚂蚁更像蜜蜂。在种群的发展中，也有很多不同之处：1、白蚁是不完全变态类昆虫，有若虫阶段，而若虫有很大的发展潜力，而蚂蚁属于完全变态昆虫；2、蚂蚁中蚁后和雄蚁交配后，雄蚁立马死亡，接下来都是靠蚁后单方面繁殖壮大，发展的后代中，工蚁都是雌性，雄性则是未受精的单倍体直接发育而来；而白蚁，初代创始人是蚁王和蚁后，两者形成了终生的一夫一妻制（种群比较大的，是多后制），一起繁育后代，后代性别有雌性和雄性，条件合适，就可以发育成备用的繁殖型白蚁。蚁后，荣耀背后的悲哀很多人羡慕蚁后的幸福生活，饭来张口，不用干家务，还能统领整个家族。事实上，蚁后这个职务并不好当，风光的背后是无尽的辛酸。首先，选拔蚁后非常残酷。去年差不多也是这个时候，上海出现很多飞蚁，大量飞蚁聚集在灯光下，扰乱了人们的正常生活，当时还上了热搜。实际上，这就是大型婚飞现场。婚飞是一个非常残酷的过程，常年在地底下的白蚁，非常脆弱，飞出巢穴后，一方面要面对捕食者的捕食，另一方面要应对外界的各种不良因素，例如当时的温度湿度。这意味着很大一部分婚飞白蚁死亡告终，找不到另一半。能留下来的，都是经过考验的白蚁，好不容易配对成功，它们还要面临创立家园的艰辛。白蚁家族，初代创始人只有蚁后和蚁王，封闭式地繁育后代，不吃不喝，稍有不慎，就有可能第一代还没孵化，蚁王或者蚁后就已经饿死了。蚂蚁的情况还更严重，因为蚂蚁家族中雄蚁交配后就死亡，只剩下蚁后独自奋战，饿死的风险更大。其次，为了生育，不得不忍受“身材走形”。普通工蚁4-15毫米，蚁后能长到5厘米，有的甚至能长到10厘米以上，蚁王也能长到2厘米多，这样的身体变化，纯粹是为了多产。去掉翅膀后，蚁王蚁后就失去了人生自由，为了生育，蚁后不断延展腹部的表皮层，进而增大自己的体型，就像是吹气球一样，这是为以后多产卵准备的空间。最重要的是，稍有懈怠就会被取代。成熟的蚁后，腹部非常膨胀，一天可产4万个卵，这样的身体构造，是以失去生活自理为代价的。若有一天，其他白蚁发现蚁后的繁殖能力下降，那么就会立马培育备用繁殖者来替代，有的白蚁种群，备用蚁后多达200个。至于老的蚁后，可能会被杀死或者饿死，因为其他工蚁不会再给退役的蚁后提供任何服务。换个角度来想，如果是在职场中，有上百个实习生紧盯着你的职位，压力该有多大啊！...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357105.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357105.htm

有玩家发现自己的GPU导热硅脂和导热垫被蚂蚁吃掉

有玩家发现自己的GPU导热硅脂和导热垫被蚂蚁吃掉比如最新的帖子作者是ThejusParol，他发布的一张照片显示，一群蚂蚁围在他的GTX1060GPU的芯片周围，然后把导热硅脂和导热垫都给“吃掉”。这里的“吃掉”加引号的原因是导热硅脂和导热垫通常没有食用用途，哪怕是蚂蚁---或者哪怕是火蚁(此案例中的蚂蚁似乎是红火蚁，红火蚁也是北美的著名入侵物种)，吃掉导热硅脂可能也无法消化。有些蚂蚁确实会啃咬和搬运一些树脂但不是食用目的，而是放到巢穴里用来消毒杀菌，但选择树脂也是个技术活，导热硅脂按理说和树脂区别还是比较大的。好消息是至少这名网友及时发现了有不少火蚁在主机上爬行，于是拆开了主机，并将火蚁密集的GPU也拆开了，然后就看到了这么一大群火蚁围在GPU芯片周围啃食。如果导热硅脂和导热垫都被火蚁啃食的话，那么自然会对GPU散热造成影响，不过目前好像还没发现因为蚂蚁原因导致GPU直接损坏的案例。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418307.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418307.htm

研究发现咖啡因提高了蚂蚁对含糖诱饵的导航效率

研究发现咖啡因提高了蚂蚁对含糖诱饵的导航效率这种学习和导航能力的提高可能有助于控制这种入侵物种，因为事实证明，这种物种对传统诱饵的抵抗力很差，会吸收诱饵并放弃诱饵。这项研究的第一作者、雷根斯堡大学计算生物学家亨里克-加兰特（HenriqueGalante）说："这个项目的想法是找到一种认知方法，让蚂蚁食用更多我们放在野外的有毒诱饵。我们发现，中等剂量的咖啡因实际上能促进学习--当你给它们一点咖啡因时，会促使它们的路径更直，能够更快地到达奖赏处。"阿根廷蚂蚁是全球生态和经济的重大威胁。传统的控制方法（主要是毒饵）经常失败，原因可能是饵料吸收率低和饵料被遗弃。研究人员希望通过添加咖啡因（已知咖啡因能增强蜜蜂和大黄蜂等其他昆虫的学习能力）来提高蚂蚁记忆诱饵位置和引导巢友返回的能力。这张图片显示的是L.humile在饮用咖啡因之前和之后的情况。图片来源：Laure-AnnePoissonnier加兰特说："我们正试图让它们更好地找到这些诱饵，因为它们去得越快，回来得越快，它们铺设的信息素轨迹就越多，就会有更多的蚂蚁前来，因此，在它们意识到这是毒药之前，它们就会更快地在蚁群中传播毒饵。"研究方法在实验室里，研究小组用不同浓度的咖啡因进行了实验，以观察其对蚂蚁定位和重访糖溶液能力的影响。他们在丙烯酸表面上用乐高桥和一张A4纸搭建了一个测试环境，并在其中滴入了掺有不同浓度咖啡因的蔗糖溶液。加兰特说："我们使用的最低剂量是天然植物中的剂量，中间剂量类似于一些能量饮料中的剂量，最高剂量设定为蜜蜂的半数致死剂量（LD50）--喂食这一剂量的蜜蜂有一半会死亡--因此对它们来说可能相当有毒。"图中显示的是L.humile的巢穴。图片来源：Laure-AnnePoissonnier研究人员利用自动跟踪系统，对蚂蚁的速度及其往返糖奖励的路径的直接性进行了监测。这项研究涉及142只蚂蚁，每只蚂蚁都接受了四次测试。在两次试验之间，蚂蚁可以把收集到的食物放在一起，研究人员还移走并更换了纸片，这样蚂蚁就无法沿着自己的信息素线索回到奖励地点。结果和意见在没有咖啡因的情况下，蚂蚁在随后的觅食过程中并没有学会更快地导航到奖励地点，这表明它们没有成功地将奖励地点记入记忆。然而，暴露于低浓度和中浓度咖啡因的蚂蚁觅食效率明显提高，每次觅食时间分别缩短了28%和38%。值得注意的是，最高剂量的咖啡因并没有产生同样的效果。这段视频展示了如何追踪一只蚂蚁。图片来源：HenriqueGalante研究人员发现，咖啡因通过提高蚂蚁的觅食效率，而不是提高蚂蚁的觅食速度，缩短了蚂蚁的觅食时间。任何剂量的咖啡因对蚂蚁的速度都没有影响，但接受中低剂量咖啡因的蚂蚁的行进路线没有那么曲折。加兰特说："我们看到的是，它们并没有移动得更快，只是更加专注于自己要去的地方。这表明，他们知道自己想去哪里，因此，他们已经知道了奖励的位置"。咖啡因对蚂蚁的归巢能力（即它们返回巢穴的效率）没有影响，尽管它们每次回家的路径都变得不那么曲折，与咖啡因无关。这些令人鼓舞的结果表明，在控制入侵阿根廷蚂蚁种群的工作中，使用咖啡因提高诱饵吸收率是有潜力的。进一步的研究正在进行中，将在西班牙进行实地测试，并研究咖啡因与毒饵之间可能存在的相互作用。这项研究最近发表在《iScience》杂志上，它可以为通过行为矫正管理入侵物种的更有效策略铺平道路。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433187.htm

科学家为DUNE中微子实验在地下深处挖掘巨型洞穴

科学家为DUNE中微子实验在地下深处挖掘巨型洞穴建筑工人为费米实验室（Fermilab）主持的"深层地下中微子实验"的巨型粒子探测器模块建造了两个巨大的洞穴，每个洞穴长500多英尺，高约七层楼。第三个洞穴将为探测器的运行提供公用设施。资料来源：马修-卡普斯特，桑福德地下研究设施在美国能源部费米国家加速器实验室的主持下，DUNE的科学家们将研究被称为中微子的神秘粒子的行为，以解决有关我们宇宙的一些最大的问题。为什么我们的宇宙由物质组成？爆炸的恒星是如何产生黑洞的？中微子是否与暗物质或其他未被发现的粒子有关？岩洞为四个大型中微子探测器提供了空间-每个探测器的大小与一座七层楼高的建筑差不多（见下面2分钟的动画）。这些探测器将充满液态氩，记录中微子与透明液体之间的罕见相互作用。DUNE将帮助人们更清晰地了解宇宙及其运作方式。DUNE的科学家将追求三大科学目标：找出中微子是否可能是宇宙由物质构成的原因；寻找有助于实现爱因斯坦力的统一梦想的亚原子现象；观察从爆炸的恒星中出现的中微子，也许会见证中子星或黑洞的诞生。每秒钟都有数万亿的中微子在我们体内穿行，而我们却浑然不知。通过DUNE，科学家们将寻找来自恒星爆炸的中微子，并检查位于芝加哥附近、地下洞穴以东约800英里的费米实验室产生的中微子束的行为。这束由世界上强度最大的中微子源产生的中微子将直接穿过地球和岩石，从费米实验室到达位于南达科他州的DUNE探测器。中微子的路径不需要任何隧道。美国项目总监克里斯-莫西（ChrisMossey）说："完成这些巨大岩洞的挖掘是这个项目的一项重大成就。完成这一步骤为今年晚些时候开始安装探测器做好了准备，使我们朝着实现将这一世界级地下设施变为现实的愿景又迈进了一步"。一台输送机将近80万吨从地下一英里处挖掘出的岩石送入南达科他州利德的露天采矿场。资料来源：斯蒂芬-肯尼，桑福德地下研究机构自2021年以来，工程、施工和挖掘团队一直在桑福德地下研究设施（DUNE南达科他州部分的所在地）地表以下4,850英尺处工作。施工人员拆卸了重型采矿设备，并利用现有的竖井将其逐件运到地下。在地下，工人们重新组装设备，并花了近两年的时间爆破和清除岩石。近80万吨岩石被挖掘出来，并从地下运到地面上被称为"露天采矿场"的广阔的前采矿区。工人们将很快开始为岩洞安装DUNE探测器和研究设施日常运行所需的系统。今年晚些时候，项目团队计划开始安装保温钢结构，以容纳第一个中微子探测器。目标是在2028年底之前让第一个探测器投入使用。鸟瞰南达科他州的一个大型岩洞，大约有七层楼那么高。地下深层中微子实验（DeepUndergroundNeutrinoExperiment）的大型粒子探测器将放置在这里，以研究中微子的行为。DUNE探测器有望成为世界上最大的地下低温系统。资料来源：马修-卡普斯特，桑福德地下研究设施"三个大型岩洞和所有相互连接的掘进巷道的完工标志着一次真正意义上的大型挖掘工作的结束。挖掘承包商保持了堪称典范的安全记录，工作时间超过一百万小时，没有发生一起误工事故。"费米实验室的迈克尔-杰梅里（MichaelGemelli）说："这在重型建筑行业是一项重大成就。"该项目这一阶段的成功要归功于挖掘工人安全、专注的工作，以及项目工程师和支持人员的多学科背景。对于这个国际项目来说，这是一个了不起的成就和里程碑"。DUNE的科学家们迫不及待地开始安装粒子探测器。由来自36个国家200多个机构的1400多名科学家和工程师组成的DUNE合作小组已经成功地测试了第一个探测器的技术和组装过程。其组件的批量生产已经开始。目前正在欧洲核子研究中心（CERN）实验室利用粒子束对两个探测器的基础技术进行测试。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416639.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416639.htm