它扭动。它扭动身体。它就像黑礁湖上的多触角怪物一样移动着。那是一团黑虫子。正好赶上万圣节!
加利福尼亚黑虫(Lumbriculus杂色蚓)是一种不起眼的水生蠕虫,通常身长不超过1.5英寸(4厘米)。但当受到环境压力的威胁时,比如干旱,这些蠕虫会把自己编织成一团,以保持水分,并互相保护。这已经够吓人了,但这些肿块还可以以研究人员所说的“紧急运动”的形式移动。虽然没有人负责,但蠕虫团仍然可以通过与近邻的相互作用,引导自己进入更舒适的环境。
现在,研究人员已经发现,蠕虫通过精心调整的扭动和粘着的组合来实现这一目标。
科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)生物前沿研究所(BioFrontiers Institute)博士后研究员尚塔尔·阮(Chantal Nguyen)说:“我们发现,这需要一种非常微妙的平衡。”
研究结果可以用于开发柔软的、类似蜂群的机器人,这些机器人由许多小而简单的部件协同工作。
团的蠕虫
当环境变得恶劣时,许多不同种类的蚯蚓会为了安全而聚集在一起。但当它们在这些集群中时,198彩票平台开了几年,198彩带玩团队如何登陆,很少有文档记录它们作为一个移动。根据2月份发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)杂志上的一项研究,加利福尼亚的黑虫可以成千上万地聚集在一起, 198彩平台奖金模式公开公正,信誉在业界是198彩注册网址数一数二的,这也是198彩平台能长久经营的主要原因。,而由此产生的斑点似乎有自己的思想。该研究发现,黑虫的斑点本质上就像一种非牛顿流体,或一种根据所受压力大小而改变厚度的流体。(这种液体的经典厨房调制包括玉米淀粉和水的混合物,如果你突然挤压它,它会感觉是固体的,如果你用手指慢慢地穿过它,它会感觉是液体。)换句话说,一群虫子紧紧地粘在一起,表现得有点像固体,但如果它们松开一点,就有点像液体。
Nguyen加入了佐治亚理工学院的研究人员Yasemin Ozkan-Aydin和M. Saad Bhamla,他们领导了这项研究,目的是为这些蠕虫斑点的运动建模。
Nguyen说:“看到这个巨大的蠕虫团在周围滑动,看起来真的很酷。”她一直在研究集体系统的建模,因此将这项工作应用于蠕虫似乎很有趣。
首先,研究小组对单个蠕虫进行了实验,观察它们在不同的水温下如何移动。这是为了将真实世界的蠕虫运动数据收集到最终的计算机模型中。在86华氏度(30摄氏度)或更低的水中,蠕虫更容易探索。它们通常沿着一条直线移动,直到碰到盘子的壁,然后沿着边缘移动。在华氏86度以上,198198彩注册彩注册正规网址是什,蠕虫盘绕起来,很少走动。超过93.2华氏度(34摄氏度)的温度对这些活蠕虫来说是危险的,最终是致命的。
接下来,研究人员研究了真正的蠕虫团在不同温度下的反应。在50华氏度(10摄氏度)或更低的低温下,这些蠕虫紧紧地粘在一起。在华氏77度(25摄氏度)时,他们稍微放松了一下,形成了松散的一团,但仍然保持在一起。在接近生存极限的高温下,它们会迅速分解成单独的线圈。
模型蠕虫
研究人员随后利用这些行为创建了一个蠕虫的计算机模型,这些蠕虫可以弯曲、自我推进和相互作用。Nguyen说,这个模型是二维的,不是三维的,所以不能准确地代表黑虫的斑点;-在足够深的水里,斑点可以是球形的。但研究人员发现,一种自我推动的蠕动和蠕虫的粘着感的混合物能够重现真正的蠕虫斑点的运动。研究人员在他们的虚拟蠕虫世界中创造了一个温度梯度,这样模型虫团外壳的一边比另一边更冷。他们首先模拟了一条蠕虫,发现蠕虫在不同温度下的自动运动会让它“找到”凉爽的一面:在较冷的水中,蠕虫伸直身子向前爬行,形成一种反馈回路,这样,外壳越冷,蠕虫就越能直接向前移动。
然后,研究人员模拟了一个蠕虫团。他们发现,这些斑点也倾向于向较冷的水域移动。但要做到这一点,他们必须在不分散会众的前提下摆动足够大的距离。
Nguyen说:“只有在主动力和蠕虫之间的吸引力之间达到非常微妙的平衡,我们才能看到蠕虫团作为一个集体从热移动到冷。”
下一步是制作3D模型,Nguyen说,然后根据蠕虫的奇怪运动开始开发机器人。机器人领域对群体机器人很感兴趣,群体机器人是一种简单的独立机器人,它们相互作用,完成比它们自己能完成的更复杂的任务。人们对受自然启发的软机器人也很感兴趣。阮说,由于柔性和灵活性,软机器人在生物医学领域是很有前途的技术。蠕虫团结合了群体机器人技术和软机器人技术,她说。
“目前很多群体机器人系统都是由刚性元素组成的,”她说,“因此,软群体机器人是一个非常开放的研究领域。”
这项研究结果发表在9月30日的《物理学前沿》杂志上。