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第1章 向动物学习

在大自然中,植物开出了万紫千红的花朵,蝴蝶在花丛中翩翩起舞,生机盎然,因此蝴蝶有“会飞的花朵”之美称。

蝴蝶不仅给人们带来美的享受,更重要的是,它还给科学家以有益的启示,解决了航天上的一大难题。

这件事说来也十分有趣。人类发射的人造地球卫星,在太空飞行时会受到太阳光的强烈辐射,向阳的一面温度往往高达200℃,而背阳的一面温度却下降到-200℃。这样,卫星上装置的各种精密仪器、仪表就很容易被“烤”裂或“冻”裂。科学家对此大伤脑筋。后来,他们发现了蝴蝶的鳞片巧妙调节体温的作用:当太阳光直射时,鳞片会自动张开,以减少太阳光的辐射角度,从而可少吸收太阳光的热能;当外界气温下降时,鳞片又会自动闭合,紧贴体表,使太阳光直射到身上,以便吸收到更多的热量,因此它能使自己的体温始终控制在一个正常的范围内。就这样,科学家模仿蝴蝶的鳞片,为人造地球卫星设计了一种控制系统,从而圆满地解决了这个难题。

蚂蚁已经在地球上存活了5000~9000万年。科学家估计,目前地球上至少生活着1~10兆亿只蚂蚁。它们能以弱小的身躯,在恶劣的自然环境中生存下来,世世代代繁衍生息,必有自己独特的本领。现在人们意识到,这种本领源自蚂蚁的“集体智慧”。研究人员认为,与人类相比,单个蚂蚁的智慧几乎可以忽略不计,然而当众多蚂蚁聚在一起时,它们能应付许多问题。当蚁群在搬运食物的路线上发现障碍物时,它们会以一种似军队行进过程中传递信息的“接力”方法,迅速找到绕行的最佳路线。蚁群的这种通讯方法启发了人类。

以设计有线通讯网络拓扑结构为例,当某个节点因数据通过量大发生阻塞时,必须迅速为这些数据流找到新的路径,争取使信号在最短时间内到达。而在密如蛛网的大型通讯网络中,这样的节点无以计数,要保证网络中所有的节点都能够动态协调地工作,是一个相当复杂的问题,尽管人们为此做了很多努力,但至今仍未很好解决。

蚂蚁用一种非常简单的方法就解决了这个问题。它们在所经过的道路上释放出化学气息,当蚁群中其他成员探测到这种气息后,就会循着特定的路线找到同伴,在这条路线上蚂蚁越多,留下的气味就会越大,于是,就会有更多的蚂蚁参与进来。与此同时,也会有一些蚂蚁去开辟一些新的路线,当原有路线被阻断后,蚁群便会迅速改变路线。而另外一些路线由于选用的蚂蚁较少,气味很快被蒸发掉,便不会有后来者使用。

用从蚂蚁身上学到的东西,改进人类的拓扑理论,构建新的通讯或交通网络,可以说是蚂蚁对人类的一大贡献。比利时一所大学的计算机网络专家多里格和博纳布两人依此原理,在电子地图上设计了一些“虚拟蚂蚁”,它们爬过图上给出的每一个节点,当到达重要节点时,它们释放出“虚拟”化学气息,然后,再令其他虚拟蚂蚁沿着这条首选路线继续前进,最终在地图上标出最佳路线。这种技术,已经用于设计无障碍通讯电话网络和电脑网,并在瑞士用于规划高效交通网。

蚁群在搬动物体时使用的通讯方法同样十分奇妙。研究发现,蚂蚁协调动作靠的也是在物体上释放气味,而像我们人类那样相互之间直接交换信息。当力量安排不合理时,蚂蚁会用气味通知其他同伴去加强较弱的一方,最终达到力量平衡,而且,绝不会有浪费“人力”的现象发生。现在,人们已开始把从蚂蚁身上学会的东西用于设计移动重物的机器人。

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