蚂蚁的定位导航能力给机器人及无人车的设计启示

蚂蚁在大多数人心目中以勤奋及团队合作著名，日前研究发现蚂蚁惊人之处可不只是这样，它们的定位导航能力远比人们想像的还更复杂，小小一只蚂蚁所具备的识路能力比我们以为的还要强。科学家发现不管蚂蚁面朝哪个方向，都能处理分析所在方位并成功导航。

参与这项研究的科学家来自世界各地，其中包含了来自英国爱丁堡大学，研究西班牙塞维尔(Sevilla)一群沙漠蚂蚁在搬运不同大小的食物时如何决定路线的研究团队。参与这项研究的 Antoine Wystrach 博士表示，他们发现蚂蚁的定向能力受身体方向影响不大，就算改变它们当下的身体方向也不影响保持行进方向的能力。

数量庞大的蚂蚁以社会化的组织型态共同居住在群落中，彼此之间的分工及沟通一直是科学家们感兴趣的问题。但其实不需要放眼整个蚂蚁社会结构，单独一只小小的蚂蚁就非常值得研究。蚁巢中的工蚁负责找到食物，并将食物带回蚁巢储存，因此常需要将食物从距离蚁巢很远的地方拖回来。

 

科学家在先前就已经发现蚂蚁能够利用太阳位置及对周遭的视觉记忆定位回家的路线，但先前认为这两种方式是独立的行为，且蚂蚁需要面向行进方向来进行定位。但事实上蚂蚁在搬运较重的食物时会以倒退方式前进，而最新研究结果显示，蚂蚁倒退时需要不时往回看以确认周遭环境，然后再运用所见资讯根据太阳位置决定路线。研究团队发现借由这样的方式，昆虫不管面对哪个方向都能够维持自己的回巢路线不至于偏离。

由于当蚂蚁在搬运体积较小的食物时，它们是背着食物面对行进方向，但在搬运较大较重的食物时，它们就会转而拖着食物并以倒退方式前进。研究团队在蚂蚁回巢的路线中设置凹陷障碍以制造单一路线的行进方向，再分别让蚂蚁搬运大片及小片饼干，接着观察蚂蚁如何找到回家的路。研究结果显示，当研究人员以镜子误导蚂蚁对太阳位置的判断，蚂蚁就会因此脱离正确的路线。

用太阳位置判断方向

在先前的研究中，科学家认为蚂蚁在向前行进时，会将当下所看到的景象与视觉记忆互相对照以找到正确的路。现在该研究团队发现，当蚂蚁改以倒退方式前进时，它们会以太阳的位置做为判断方向的依据。蚂蚁在倒退前进时，为了要确保自己方向正确，会在一定的时间内固定放下携带的货物，转向面对行进方向确认路线。在它们转成正向时，就能观察周遭环境以和先前记忆比对，并在迷路时重新调整方向。

这样的研究结果显示，蚂蚁能够处理外在环境空间与空间之间的相互关系，而非只能理解自身与当下所处空间的相互关系。蚂蚁的体型非常小，但头脑却意外复杂，它们对方位的掌握程度比人类想像还要复杂得多，在它们小小的脑中能够将不同形式的资讯组合成完整的判断依据，并依此做出行为表现。这样的信息传递现象也就显示蚂蚁脑中不同形式的信息能够在不同脑区协同作用。研究团队也表示，他们之后的研究方向可能朝向解开蚂蚁脑部不同区块间的配合及相互作用，了解昆虫如何结合不同的导航方式。

这项研究与来自英国林肯大学、澳洲国立大学以及法国国家科学研究中心(CNRS)的科学家共同合作，研究成果日前已发布于科学期刊《Current Biology》。这些在蚂蚁身上发现的既有弹性又强固的导航方式，启发了新电脑运算法则的研发，能一步一步导引机器人操作。

爱丁堡大学资讯学院教授 Barbara Webb 表示，蚂蚁的脑虽然只有针头那么大，但却可以在许多困难的条件下成功找到正确路线，就连倒退走也不是问题，它们的导航方式就像一台自动驾驶汽车。

研究蚂蚁定位导航的行为模式能够增进我们对脑功能的了解，并且启发我们以类似原理建构机器人内部系统。而科学家已经能够模拟蚂蚁脑内的神经回路，或许能够在未来帮助机器人，在森林之类的自然环境中也能定位导航。