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如果您曾经被一群火蚁追赶，您可能会想到潜入最近的水体来逃避它们痛苦、瘙痒的叮咬。那就错了。事实证明，数千只火蚁可以轻松地自组装成防水筏，这种筏可以在水上漂浮数月。
佐治亚理工学院研究人员的一项新研究，于4月25日发表在《美国国家科学院院刊》上，发表，对火蚁卓越的造筏才能进行了力学分析。
当它们的栖息地被洪水淹没时，无论是它们原生的巴西雨林还是佐治亚州的路边——在那里意外进口的火蚁现在数量众多——蚂蚁会撤离它们的巢穴并从地下出来。“蚁群会作为一个整体聚集在一起并漂浮，”内森·姆洛特，一位研究生兼该研究的主要作者说。“在南方，雨季期间，您有时可以在河里看到它们。”
在不到两分钟的时间内，整个蚁群将通过使用它们的下颚、爪子和腿末端的粘垫相互抓握，聚合成一个水密的煎饼状筏。姆洛特说，在实验室中制造的最大的这种筏直径约为20厘米，由约12,000只蚂蚁组成。自然界中可能会有更大的筏，因为蚁群的数量可能达到数十万。这些筏使蚁群能够完整地迁移到更干燥的陆地。“如果每只蚂蚁都逃散了，就无法保证它们能够再次找到彼此，”姆洛特说。
当然，蚁筏成功的关键在于它会漂浮。虽然单只蚂蚁由于其体积小、疏水性外骨骼和水的表面张力而可以漂浮，但一大块密集的蚂蚁群如何保持漂浮尚不清楚。通过观察水在单只蚂蚁和蚁筏上的成珠现象，研究人员发现，筏状结构的蚂蚁更防水。防水性的增加与卡西-巴克斯特润湿定律一致，该定律指出，增加表面的粗糙度可以提高其防水性。筏底部的蚂蚁用它们多毛的缠结身体形成坚实的纹理表面，捕获一层薄薄的空气。捕获的空气防止水粘附，增加了筏的浮力，并允许底部的蚂蚁呼吸。“蚁筏代表了一个通过合作行为使表面具有防水性的清晰例子，”研究人员写道。
如果蚁筏受到外力干扰——例如好奇的研究人员用树枝戳它——它会收紧，变得更加坚硬和水密。即使整个筏子浸没在水下几厘米处，它周围也会被一个气泡包围，使其能够重新浮出水面。
当一团蚂蚁被扔进水中时，底部的蚂蚁会相互抓住以形成稳定的底座，而顶部的蚂蚁会慢慢扩大筏的边缘。姆洛特说，这种看似协调的团队合作实际上只是个体蚂蚁层面的随机行走。当一只蚂蚁到达筏的边缘时，它要么转身，要么被后面推的其他蚂蚁推到底部，然后被踩在脚下。“建造过程的关键是将蚂蚁困在筏的边缘，这表明某些‘合作’行为可能依赖于强迫，”研究人员写道。
“这是一个极好的例子，说明了观察自然界的多样性如何引导我们思考新颖设备的设计灵感，”加州大学伯克利分校实验室主任罗伯特·富尔说，该实验室研究各种动物的生物力学。这项新研究表明，能够模仿蚁筏的机器人需要达到毫米级，并且能够可逆地连接和互相攀爬。
富尔说，科学家们已经在开发可以构建自组装和自修复结构的微型机器人，尽管最小的此类机器人仍然有四分之一大小。“随着我们人类的技术呈现出自然的特征，那么自然就成为了更好的老师，”富尔说。