蠕虫聚集体利用不平坦的地形集体移动穿过狭窄的空间

Tubificine 蠕虫是分段蠕虫，能够形成纠缠的斑点，这些斑点表现为单个生物体，以适应极端环境条件或更有效地迁移。在实验室实验中，单个蠕虫能够伸长，缠绕不平坦的地形区域，并拖动集体蠕虫球穿过狭窄的通道。

来自东北大学和广岛大学的一组科学家最近创造了一个不平坦且受限的地形来研究蠕虫团的集体运动。人造地形类似于哑铃形状，每侧有三个小柱子。蠕虫团被一条狭窄的通道限制在地形的一侧，如果不缩小其球形形状，蠕虫团就无法通过该通道。研究人员成功模拟了蠕虫的集体运动，以促进未来群体机器人系统的设计，或者使用软体代理来设计必须集体工作的许多单独组件的系统。

该团队在 8 月 29 日出版的《纳米机器人前沿》杂志上发表了他们的发现。

“之前对蠕虫状生物群的运动机制的研究主要集中在平坦环境中的运动，但仍不清楚它们如何在具有有限空间和凸凹环境的现实环境中通过利用个体间的物理运动来移动。该研究的首席研究员、日本东广岛广岛大学生命综合科学研究生院助理教授 Takeshi Kano 说。

“相比之下，我们研究了蠕虫状生物在有限环境中适应性运动行为的机制，”卡诺说。“这些在具有各种边界条件的环境中进行的行为实验帮助我们了解了蠕虫如何在复杂的环境中集体移动......通过利用个体蠕虫之间基于物理连接的相互作用。”

当蠕虫形成团块时，团块外缘的蠕虫将头放在团块内部，尾巴朝外。基于仅使用少量蠕虫的初步实验，研究小组假设将蠕虫斑点暴露于化学驱虫剂中会导致斑点中的一些蠕虫通过将头部移出斑点并向外延伸而远离驱虫剂。

研究小组进一步假设，蠕虫团中的单个蠕虫会在其有限的哑铃形地形中从团团中伸出头部，并结合在一起形成一种不断生长的附属物或伪足，它可能与蠕虫远端的钉子缠绕在一起。地形。然后，伪足会通过狭窄的地形通道拉动斑点并使其变形，同时用更多的蠕虫扩大伪足。

随后的实验支持了该团队的假设。卡诺说：“我们的结果表明，蠕虫团在开放的场地中保持了半球形。然而，在有多个钉子的有限通道中，蠕虫团可以灵活变形并利用钉子有效地移动。”

重要的是，该团队能够在数学上准确地模拟蠕虫斑点的行为，提供了一种在人工系统(例如群体机器人)中复制蠕虫斑点的个体和集体运动的方法，这些系统需要许多单独的组件来集体移动。

研究人员表示，虽然蠕虫斑点的形成为水管蠕虫提供了一定程度的保护，使其免受负面环境条件和捕食者的侵害，但在狭窄的空间中移动时保持斑点状结构是不切实际的。其球形结构的主要优点可能是伪足结构的生长，使蠕虫能够探索其环境，寻找地形特征，以便远离恶劣的环境。

该团队希望他们的蠕虫斑点模型能够用于未来群体机器人系统的设计。然而，还需要进行进一步的实验，以模拟更复杂环境中的蠕虫斑点运动，并创建考虑蠕虫弯曲能力的模拟。

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