奇妙真世界,小小黏菌成為交通設計領域權威專家!

2020-12-06 時點調查

我國是一個地大物博的國家,對於軌道交通出行每個人都不陌生。

城市與城市之間,地區與地區之間,遍布著密密麻麻的軌道交通網。

但從成本和效率角度考慮鐵路或地鐵不可能經過每一個城市或地區

在成本一定的前提下,如何最大程度的覆蓋旅客,就屬於鐵路規劃的學問了。

從1825年世界上第一條鐵路(英國斯託克頓—達林頓鐵路)修建至今,科學家、數學家、計算機學家孜孜不倦的參與到交通網絡設計上來。

因為在有限的資源下,對於鐵路、地鐵、高速公路等動輒上千億的國家工程,每提高一點效率,回報都是巨大的!

但是最近的研究發現,一種叫做黏菌的小生物,成為交通設計領域的權威專家!

黏菌

譬如北京地鐵,1955年2月成立了「北京市都市規劃委員會」,先後編制過14個方案草圖,直到1971年才開通中國第一條地鐵-北京地鐵1號線!

看看現在的北京地鐵,凝聚了工程師們65年無數汗水才優化成現在的樣子!

但是接下來我們要介紹的這種生物,只花了短短的幾十小時,就得到了同樣的效果!

比起人類,這種生物僅是一種單細胞變形蟲,只會吃吃吃!

它的進食習性:由一個點向外輻射尋找食物。如果找到食物來源,那麼就在此處建立節點,並在節點之間形成管道通過管道輸送養分。

結果就是一個平面上,黏菌只留下了有食物供給的節點,以及各個節點之間傳遞營養的管道。

如果我們進一步,假設把一粒一粒的食物當作是城市,按照現實地圖分布放在黏菌周圍,那麼它是否可以建立以食物為基礎的網絡節點呢?

答案是肯定的!而且效果超乎想像!

來自北海道大學和廣島大學等機構的研究人員在一個A4紙大小、與日本關東地區形狀相同的容器內培養黏菌。

黏菌和最大塊的食物被放在容器內模擬東京中心的位置,而其他小塊食物則被分散放置在容器內模擬關東地區36個主要車站的位置上!

黏菌首先在周圍迅速形成細密網絡,隨著網絡向四周擴散,網絡從出發中心向外逐漸由細密變清晰,一至兩天後,在容器內整個「關東地區」便呈現出清晰的「鐵路網」!

研究人員還利用黏菌不喜光的特性,用光照射模擬一些在實際鐵道施工困難的地方,結果黏菌都形成了最為經濟的網絡。

從那時起,許多人利用黏菌來設計交通網,甚至有人利用制出了更複雜的絲綢之路和全球貿易網。

美國新澤西理工學院Simon Garnier 教授,利用美國地圖和黏菌做試驗。

黏菌僅72小時的成果,和用上百萬美金設計出的公路效果圖沒什麼區別!

這是正在設計西班牙高速公路網的黏菌!

黏菌設計的非洲鐵路網!

黏菌設計的新絲綢之路!

西班牙計算機學家安德魯說過:

「黏菌在建立最佳運輸路徑方面具有特殊表現,可實現最小化細胞質運輸距離,同時儘可能多地跨越多個營養源。理想地講,人類建築的道路系統也應當遵循這一標準,黏菌的最佳交通路線對於交通路線建設具有一定的指導意義。」

黏菌不僅可以用來模擬高效的交通系統,還可以用來模擬其他自然災害、人為災害。

只需要利用黏菌厭鹽的習性即可,在培養皿中撒上鹽粒,黏菌就會尋找其他代替線路。

因此利用鹽粒可以預測某地發生交通事故時,對相鄰道路變化的影響!

黏菌雖然沒有大腦,但也有自己獨特的認路本領。

黏菌可以在不成功的線路上用化學標記「此路不通」

這樣黏菌就可以記住那些不通的道路,讓效率進一步提高!

黏菌走迷宮

沒想到小小的黏菌竟然有如此大的作用,這個世界真的很神奇!

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  • 全國賣黏菌菌核第一人:她飼養單細胞生物,拍出最美微生物大片
    據說,黏菌僅用26個小時繪製出的東京鐵路系統,可以和人類百年來反覆試錯修建出來的鐵路網相媲美。這個譽為「世界上最小的道路規劃師」的黏菌是絕佳的生物實驗材料,但把黏菌當作寵物來養,還是第一次聽說。在淘寶,有一位「黏菌藝術家」,愛給黏菌拍「藝術照」,喜歡找大自然「最隱秘的角落」。
  • 「黏菌算法」繪製「宇宙蛛網」
    然而,《天體物理學期刊通訊》的一項最新研究表明,若對地球上的單細胞生物——黏菌,抽絲剝繭,層層深入,也許能在微觀世界中揭示宇宙奧秘。 數百萬黏菌常組成黏菌群,通過一個結構複雜的纖維狀網絡集體移動,共同攝食。科學家們從這張聯結不同位置的蛛網入手,用算法模擬黏菌的行為,進而繪製出三維的宇宙星河網絡。
  • 養「會認路」的黏菌呀
    這種神奇的生物其實是黏菌。其實黏菌在現實生活中並不難見,只是多數時候不太容易查覺。因為它們的生活方式與習慣跟真菌差不多,喜歡陰暗、潮溼的環境中,黏菌曾一度被劃到真菌界。現在科學家知道,黏菌跟阿米巴蟲關係更近,現在被劃到變形蟲界,跟真菌界是並列的一支。