从 A 点到 B 点，蚂蚁是走直线吗？答案是……
从 A 点到 B 点，蚂蚁是走直线吗？答案是……
蚂蚁在数学题中总是被设定为直线行走，但现实中的沙漠蚂蚁却有着更复杂的导航机制。它们不仅能够结合视觉和气味线索定位食物，还发展出了独特的路径积分系统。这种导航方式甚至启发科学家设计出了不需要GPS的AntBot机器人。
蚂蚁，一直都是数学题里的常客，因为它总需要从 A 点走到 B 点，然后计算它的最短行走距离，它可以走在一个立方体上，也有可能是两个立方体上，还有可能是圆柱体上……
不管怎样，解题的前提是建立在蚂蚁走直线的前提下，可现实里的蚂蚁真的会走直线吗？在回答这个问题之前，我们先得把话题移到沙漠上。
沙漠是最容易迷路的地方之一，除了沙子和太阳，几乎没有视觉线索来作为导航依据。大部分地形看起来相似，这使得辨别方向变得困难。
更别说沙漠中还有大风，吹起的飞沙不仅会改变地形还会遮挡视线。风沙还可能掩盖行走的痕迹，使人难以找到返回的路径。
但对于生活在突尼斯广袤的盐原上的长脚沙漠蚂蚁来说，找到路就是家常便饭的事，毕竟找不到路就没法在沙漠里生存，早灭绝了。它们一般都会单独行动，独自出门找一些昆虫的尸体作为食物。有时觅食的距离可以达到几十米甚至上百米。找到食物后用颚咬住拖到巢里。
正在拖行蜘蛛尸体的长脚沙漠蚂蚁。
那它们是怎么找到回家的路呢？
早在 2000 年，哈拉尔德·沃尔夫 （Harald Wolf）就开始研究沙漠蚂蚁的导航了。那时候，沃尔夫就发现蚂蚁回家的路几乎不会是直线的。
实验记录下 5 只沙漠蚂蚁在接近食物源时的行走轨迹，红色圆圈表示食物点的位置，可以看到这些蚂蚁的路径并非直线。
涂鸦式的弯曲轨迹。
科学家发现，不管是沙漠蚂蚁头朝前走时，还是拖着食物往后走时，蚂蚁都会呈现出涂鸦式的弯曲轨迹（下图），几乎找不到章法，只不过朝前走时，路径线条看起来稍微顺滑一些。
通过高速摄影仪记录蚂蚁的路径。
被加长腿和减短腿短沙漠蚂蚁。
科学家通过记录蚂蚁的行走方向和步数，计算出它们的总行进距离和方向。将蚂蚁的所有行走路径合成，得出它们返回巢穴的直线距离和方向。他们发现，当蚂蚁的步长被改变时，它们返回巢穴的位置发生了变化。这表明蚂蚁依赖步数和步幅来计算行进距离。
实验场地。
之后，科学家对所有角度进行统计分析，计算出角度的平均值和分布情况。结果发现，这些角度在 0 到 360 度之间均匀分布，说明沙漠蚂蚁的路径是随机的，类似于布朗运动。当然，沙漠蚂蚁的布朗运动特征并非在所有搜寻行动中出现，而是主要在找不到目标时，它们会开始进行搜索行为。此时，它们的行走路径表现出明显的布朗运动特征。
当接近目标时也就是快到巢穴和喂食点时，沙漠蚂蚁的路径才会慢慢走直。也就是说，沙漠蚂蚁只要一出门，几乎都是随机的布朗运动，而在找到食物快到家门口时才会慢慢呈现出直线。
2019 年，法国科学家受到沙漠蚂蚁的启发，设计出一种名为 AntBot 的机器人，这个机器人能够在没有 GPS 的情况下自主导航，并找到返回基地的路径。这个机器人重 2.3 公斤，有六条腿，能够在崎岖不平的地形上移动。
AntBot。
AntBot 配备了一个光学罗盘，能够感知天空的偏振光。这种罗盘可以在晴天或多云的天气条件下，以 0.4 度的精度测量方向。同时，机器人还装有一个光流传感器，用来测量相对运动。这种传感器通过观察地面纹理的变化来计算行进的距离。类似于蚂蚁的路径积分机制，AntBot 也会计数它的步数，准确计算出走了多远。
在实验中，AntBot 能够在复杂环境中随机探索，并精确返回起始位置，误差不超过 1 厘米。没想到吧，也许有一天，机器人不再需要 GPS 也能导航，而这一切的灵感都源于小小的沙漠蚂蚁。
本文原文来自科普中国