淺析螞蟻觸角的功能在仿生學中的運用

徐孝天

摘要：二十一世紀，人們對于螞蟻的研究越來越廣和深。而螞蟻作為世界上數量最多的昆蟲之一，其可挖掘的新知識無窮無盡。現當代對于螞蟻觸角的功能和實際運用已有較為成熟的研究，本文將關于其觸角功能在仿生學中的假想運用進行闡述。螞蟻之間于同伴的分工合作與團結最讓人振奮，而另一項它的觸角功能，在仿生學中的實際與假想運用中給予人不同啟發與靈感。

關鍵詞：螞蟻觸角；功能；仿生學

前言

螞蟻是世界上數量、種類最多的物種之一，它可以改良土地，幫助植物授粉，保護植物種子。但它也會破壞莊稼、生態環境，傳播疾病，危害人類健康。地球上所有的生物都有自己的獨特之處，發現它們的特點，并有效得利用這些的特點運用于仿生學中，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初級的嗅覺中心，通過觸角神經與觸角發生關聯，再通過觸角神經把氣味反饋給更高級的神經中樞，從而指示螞蟻做出反應。螞蟻能通過它頭上的觸角，尋找食物。當在一定無人為干擾下，用肉，糖等食物引誘螞蟻，螞蟻會受各個氣味的影響，螞蟻通常會把糖類在原地食用，而肉類食物螞蟻會把食物運回蟻巢。但螞蟻的食性會隨季節的改變而改變。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雜的環境下，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、運動功能

螞蟻的運動功能受哪一個器官主要控制。選二十只同一蟻群的螞蟻平均分十只放入兩個透明單向通過外界的容器中，一組標記為A，一組標記為B。A組剝去其觸角，B組保持原樣不變。一段時間后，B組中的螞蟻已經完全爬出，而A組中的兩只螞蟻爬出，有一只螞蟻沒有移動，三只螞蟻中心不穩多次倒下，另三只螞蟻在容器個地方。試驗證明觸角對螞蟻的運動功能有著控制作用，對螞蟻的空間位置，使身體協調運作。

4、接受聲音

螞蟻使用觸角來當耳朵，來收取同伴和外界的信息，來躲避來臨的危險。

二、仿生學的定義

仿生學（Bionics）是生命科學與機械、材料和信息等工程技術學科相結合的交叉學科，具有鮮明的創新性和應用性。仿生學的目的是研究和模擬生物體的結構、功能、行為及其調控機制，為工程技術提供新的設計理念、工作原理和系統構成。在 上百萬年演變過程中，人類學習和利用自然，增強生產效率。仿生學隨著時代的前進蓬勃發展。仿生學領域的重大發明在一定程度上推動了人類文明的進程。1960 年美國人斯蒂爾根據拉丁文構成 Bionics 一詞，同年召開了全美第一屆仿生學討論會。這標志著現代仿生學的開始。

三、螞蟻觸角功能在仿生學中的實際運用

（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較多，而每只路過的螞蟻都會在路上留下“信息素”，這就形成一種類似正反饋的機制，一段時間后，會發現蟻群都會順著這條最短路徑抵達食物所在地。這種算法用來實際解決和優化路線問題。近幾年來，該算法解決了許多網絡路由中的問題，社會上學者越來越關注它，并提出了一些新的基于螞蟻算法的路由算法。

四、于螞蟻觸角運用的假想

（1）考古探頭

利用螞蟻觸角能引導螞蟻在黑暗封閉的環境中進行移動的特點制作一個考古探頭。為了防止探頭對原有環境及原有文物的影響，探頭不能發光，且制造探頭的材料不會對環境產生影響。探頭的設計方面，應對復雜的考古環境，探頭可實現多節，且節點的間距可以非常小。探頭的長度可有預測長度而定。探頭的制作材料由事先預測考古環境中所含的元素而定，選定一種不會與這些元素發生的一種可塑性元素。探頭內部是一些數據線，傳輸信息和發出指令。探頭可伸縮，便于攜帶。探頭頂端有一個攝像頭，具有夜視功能且能夠發射紅外線掃描整個區域。探頭上有許多小孔來辨別氣味和接受聲音。

（2）觸角傳感器

觸角傳感器是運用于安全防護這一方面。運用在安全解鎖方面。觸角傳感器是一種全方位檢查并防護的一種裝置。它可以通過人的指紋、氣味、眼球對人進行識別，由而對人的財產或文件進行保護。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。重點在于氣味傳感器。人體也是會有氣味的。不同的人會有不同的氣味。可以觀察身邊的人發現他們的味道是不同的。氣味傳感器會收入你身體上的氣味，把氣味在轉化為數據記入數據庫，氣味傳感器由嗅覺傳感器處理氣味。在需要分析氣味時，氣味通過氣味敏感系統分析處理，氣味敏感系統由多元數據組成。

結語

通過對螞蟻觸角功能的研究，會發現螞蟻觸角可以感知氣味、探路尋路、維持身體運作、接受聲音，而這些特點運用到仿生學中，假想應用于考古、安保等行業之中。

參考文獻：

[1]康與云著。元功能鏈驅動的機電產品矩陣式創新設計方法：山東人民出版社，2015，11.

[2]高大啟，楊根興。電子鼻技術新進展及應用前景[J]，傳感器技術，2001，9.

[3]王俊，崔紹慶，陳新偉，洪雪珍，裘姍姍。電子鼻傳感技術與應用研究進展[J]，農業機械學報，2013，11.

[4]趙天昊，螞蟻觸角的嗅覺功能驗證及干擾因素探究，中國高新區，2018，02.

[5]趙新成；翟卿；王桂榮。昆蟲觸角葉的結構，昆蟲學報，2015，02.

[6]萬新龍；杜永均。昆蟲嗅覺系統結構與功能研究進展，昆蟲學報，2015，06.

[7]岑海堂；陳五一。仿生學概念及其演變，機械設計，2007，07.

[8]劉福林，仿生學發展過程的分析，安徽農業科學，2007，05.

[9]孫久榮；戴振東。仿生學的現狀和未來，生物物理學報，2007，04.