沈羨云

不知道你是否看過一本名叫《酷蟻安特兒夢(mèng)幻記——邀游太空的螞蟻行》的童話書，里面描述了一個(gè)名叫“安特兒”的螞蟻，它沒有翅膀，卻夢(mèng)想遨游太空。實(shí)際上，螞蟻上太空早已不是夢(mèng)想。今天我們就來說一說螞蟻在太空的那些事兒。

“自行其道”的螞蟻引起了科學(xué)家的興趣

螞蟻是一種典型的、社會(huì)性生活習(xí)性的昆蟲，它的蹤跡幾乎遍布全球，除南極洲之外，其他各洲都可以見到它們。這群整天忙忙碌碌、爬個(gè)不停的小家伙，有兩個(gè)令人望塵莫及的特殊功能。

一個(gè)是它們有著超人般的觸角功能。螞蟻的觸角是它生活中最重要的器官，比其他任何器官都重要。它頭上的兩根觸角能時(shí)刻不停地接受外界信息。一只螞蟻找到食物后，匆匆忙忙奔回巢穴，在碰到另一只螞蟻時(shí)，就用觸角相互碰一碰，將食物的信息傳給對(duì)方。這樣，一傳十，十傳百，越來越多的螞蟻被帶出巢穴。另一個(gè)特點(diǎn)是螞蟻在尋找食物時(shí)，不論分頭行動(dòng)，還是成群結(jié)隊(duì)，都像有人在無聲地指揮。根據(jù)斯坦福大學(xué)科學(xué)家的研究，螞蟻的這種習(xí)性是建立在數(shù)百萬年來形成的“規(guī)則”之上。螞蟻視力不佳，它們?cè)趯ふ沂澄飼r(shí)主要依靠嗅覺和觸覺來指導(dǎo)自己的行為，而這種密切合作的方式，能使它們?cè)趯ふ沂澄锏倪^程中，可以更好地與其他螞蟻聯(lián)系，并在一定時(shí)間內(nèi)搜索更多的區(qū)域。

小小的螞蟻，細(xì)細(xì)的觸角，卻蘊(yùn)涵著如此深?yuàn)W的學(xué)問，真令人佩服，也讓人深思。因此，它引起了機(jī)器人技術(shù)研究者的興趣。研究人員從螞蟻尋食中得到啟發(fā)一在無線通信已經(jīng)中斷的情況下，是否可以讓機(jī)器人采用螞蟻的工作方式來支配自己的行動(dòng)？

如果這個(gè)想法可以實(shí)現(xiàn)，那么當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入有煙霧或灰塵的建筑物中進(jìn)行搜索，外界的通訊中斷時(shí)，在危險(xiǎn)的情況下機(jī)器人可以自行啟動(dòng)一個(gè)新系統(tǒng)，靠自己來確定行動(dòng)方向，整個(gè)搜索工作將會(huì)進(jìn)行得更快。這種“自行其道”的機(jī)器人，不僅可用于地面，在太空也十分有用。當(dāng)出現(xiàn)航天器著火、化學(xué)物污染、缺氧或出艙行走等通訊中斷的情況時(shí)，這種智能機(jī)器人就可以大展手腳，承擔(dān)搜救任務(wù)了。

小螞蟻上太空為研制機(jī)器人“打前陣”

仿生學(xué)是近年來發(fā)展起來的工程技術(shù)與生物科學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科，它是一門通過研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)思路及工作原理的科學(xué)。這門學(xué)科自產(chǎn)生以來，得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。例如，人們根據(jù)蝙蝠發(fā)射和接收超聲波的原理，發(fā)明了“千里眼”——雷達(dá)。那么，我們?yōu)槭裁床豢梢阅７挛浵佊|角的生物物理和生物化學(xué)機(jī)制，研制出更好的控制軟件，應(yīng)用到智能機(jī)器人上呢？

要將螞蟻的特殊功能應(yīng)用到智能機(jī)器人設(shè)計(jì)中，首要條件是要摸清螞蟻工作方式的規(guī)律和影響因素，才能建立模擬螞蟻行為的控制程序。在微重力環(huán)境中，人“走路”的方式與地面不同，要花更大的力氣，而且容易出現(xiàn)相互干擾，特別是在密度和互動(dòng)率大時(shí)，干擾更大。那么，微重力環(huán)境下，螞蟻之間的接觸到底會(huì)發(fā)生多大改變？對(duì)螞蟻的搜索行為有多大影響？對(duì)此，大家心里都沒底。因此，生物學(xué)專家和工程人員合作，決定將螞蟻送上天，對(duì)它們?cè)谔罩械膶な撤绞竭M(jìn)行研究，為今后新型機(jī)器人的研制“打前陣”。

讓科學(xué)家收獲諸多的3次太空螞蟻實(shí)驗(yàn)

首先要說的是由美國(guó)紐約州錫拉丘茲市福勒中學(xué)學(xué)生們選送的太空螞蟻實(shí)驗(yàn)。2003年1月16日，“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)升空時(shí)，就帶著15只螞蟻上了太空，可惜的是這15只螞蟻由于航天飛機(jī)爆炸成為殉葬品。

福勒中學(xué)學(xué)生們從2000年就開始準(zhǔn)備太空實(shí)驗(yàn)，他們翻閱資料、提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、選拔上天的螞蟻、研制適合螞蟻太空生活的“螞蟻工坊”、進(jìn)行多次地面實(shí)驗(yàn)。這樣慘痛的結(jié)果，怎不令人悲傷。幾天后，為了紀(jì)念殉難的了名航天員，學(xué)生們化悲痛為力量，全心全意地投入到對(duì)已經(jīng)獲得的數(shù)據(jù)分析、總結(jié)的工作中去。在“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)飛行的16天中，航天員每天多次觀察和拍攝螞蟻的行為和筑巢進(jìn)程，共進(jìn)行了80多次實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)的情況及時(shí)地傳送到地面。

學(xué)生們從一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)鏈接中下載每日數(shù)據(jù)，對(duì)所收集的資料進(jìn)行了回顧和分析，其中包括螞蟻行為的錄像和靜態(tài)照片。他們?cè)詾樯咸斓奈浵佉矔?huì)像航天員一樣，分不清上下、行動(dòng)遲緩、筑巢速度變慢。但是觀看太空發(fā)回的照片和錄像后，出乎學(xué)生們的預(yù)料，太空螞蟻比地面的螞蟻更活躍，它們像瘋子一樣發(fā)瘋地挖著地道。只是它們挖隧道的方式與地面螞蟻不同。地面的螞蟻是沿著螞蟻工坊的四周挖隧道，而太空螞蟻挖隧道的方向沒有規(guī)律，更隨意。為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？是太空的微重力環(huán)境“迷惑”了螞蟻，還是其他的原因，至今還是一個(gè)謎，這激勵(lì)了科學(xué)家和學(xué)生們想繼續(xù)研究的決心。

其次要說的是我國(guó)的太空螞蟻實(shí)驗(yàn)。2004年9月27日，我國(guó)的第20顆返回式科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，也攜帶了4只活螞蟻、30個(gè)螞蟻卵上天。在遨游18天后返回地面時(shí)，4只成年螞蟻不幸“獻(xiàn)身”，在太空中孵化的小螞蟻也全都死亡。但20多個(gè)存活的螞蟻卵中卻有幾只小螞蟻破卵而出。

最后再來說說國(guó)際空間站上的太空螞蟻實(shí)驗(yàn)。2014年1月是螞蟻家族史上最光榮的一頁，約800只螞蟻集體上國(guó)際空間站，進(jìn)行了有深遠(yuǎn)意義的太空實(shí)驗(yàn)。據(jù)英國(guó)廣播公司報(bào)道，生物學(xué)家表示，被送上國(guó)際空間站的螞蟻仍能進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作探索一個(gè)新區(qū)域，盡管它們?nèi)詴?huì)從容器壁上掉下來。墜落之后，它們最長(zhǎng)在半空中飄浮8秒鐘。在空間站的零重力環(huán)境下，螞蟻的“集體探索”活動(dòng)雖然受到阻礙，但并沒有因此停止。

對(duì)于太空螞蟻實(shí)驗(yàn)，BBC評(píng)論員仿照阿波羅登月航天員口吻評(píng)價(jià)道：雖然太空螞蟻實(shí)驗(yàn)對(duì)于人類而言只是小小的一步，但是對(duì)于整個(gè)螞蟻種族而言卻是巨大的飛躍。