據外國媒體報道，螞蟻是驚人的挖掘者，它們建造了精心制作的巢穴，其中許多巢穴由複雜的"隧道"網絡連接配接，有時深度可達25英尺。現在，來自加州理工學院的一組科學家已經使用X射線成像來捕捉螞蟻如何建造"隧道"。科學家們發現，螞蟻已經進化到能夠在保持結構穩定性的同時視覺上感覺它們可以去除哪些顆粒顆粒，就像在玩"Jenga"建構塊遊戲時移除單個建構塊一樣。該團隊在發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上的一篇新論文中描述了他們的工作。
幾十年來，對群體行為感興趣的科學家一直在研究螞蟻。這是因為，作為一個群體，螞蟻的行為就像一個顆粒狀的媒體。幾隻相距很遠的螞蟻表現得像一隻螞蟻。但是，通過将足夠多的螞蟻擠在一起，它們的行為更像是一個單元，表現出固體和液體的特性。螞蟻可能是大腦微小的小動物，但這些社會性昆蟲可以集體組織成一個有效的社群，以確定蟻群的生存。
幾年前，法國圖盧茲進階研究所的行為生物學家Guy Theraulaz和幾位同僚将實驗室實驗和計算機模組化結合起來，确定了控制螞蟻隧道行為的三個簡單規則。簡而言之。（1）螞蟻以恒定的速度（每分鐘約兩粒）采摘谷物;(2）螞蟻優先将谷物丢棄在其他谷物附近以形成支柱;Theraulaz等人根據這三個規則建立了一個計算機模拟，發現一周後，他們的虛拟螞蟻已經建立了一個與真正的蟻群非常相似的結構。他們的結論是，這些規則源于個體螞蟻之間的本地互動，不需要中央協調。
2020年最近的一篇論文發現，蟻群中勞動分工的社會動态與人類社交網絡中政治兩極分化的發展相似。螞蟻也擅長調節它們的交通流量。由佐治亞理工學院的丹尼爾·戈德曼（Daniel Goldman）上司的2018年一項研究研究了火蟻如何在不造成"交通擁堵"的情況下優化隧道工作。研究小組得出的結論是，當一隻螞蟻遇到其他螞蟻已經在工作的隧道時，它會撤退尋找另一條隧道。在任何時候，隻有少量的蟻群被挖掘出來。30%的螞蟻完成了70%的工作。
佐治亞理工學院David Hu的生物運動團隊也研究了火蟻。2019年，他和他的同僚們報告說，火蟻能夠主動感覺木筏上的力量變化。螞蟻可以識别流體流動的不同條件，并相應地調整其行為，以保持筏的穩定性。在河中移動的槳産生一系列旋轉的渦旋（稱為渦流脫落），導緻螞蟻筏旋轉。這些漩渦還可以對螞蟻筏施加額外的力，足以破壞它。作用在蟻筏上的離心力和剪切力變化很小 - 可能是正常重力的2%到3%。然而，不知何故，螞蟻可以用它們的身體感覺到這些微小的變化。
最新的論文重點關注西方收獲螞蟻，它們因其對毫米級土壤顆粒的多産挖掘能力而被選中。該研究的共同作者，加州理工學院的機械工程師Jose Andrade在看到蟻群藝術的例子後，受到啟發去探索隧道螞蟻。這些工程是通過将某種熔融金屬，石膏或水泥倒入螞蟻山中，穿過所有隧道并最終硬化而制成的。然後去除周圍的土壤，露出最終的複雜結構。安德拉德對此印象深刻，以至于他開始懷疑螞蟻是否真的"知道"如何挖掘這些結構。
安德拉德與加州理工學院的生物工程師喬·帕克（Joe Parker）合作開展了這個項目，該項目的重點是螞蟻與其他物種之間的生态關系。"我們不能采訪任何螞蟻，問它們是否知道自己在做什麼，但我們确實從假設開始，它們以一種深思熟慮的方式挖掘，"安德拉德說。"讓我們假設也許螞蟻正在玩Jenga遊戲。
換句話說，研究人員懷疑螞蟻正在尋找土壤中松散的顆粒來清除，就像人們正在尋找Jenga塔上的松散塊來清除一樣，将關鍵的承重部分留在原地。這些建構塊是所謂的"力鍊"的一部分，該塊（或顆粒狀土壤顆粒，在蟻群的情況下）粘在一起以建立穩定的結構。
在他們的實驗中，Andrade和他的同僚将500毫升的Quikrete土壤與20毫升的水混合，并将混合物放入幾個小杯土壤中。這些杯子的大小取決于它們放置在CT掃描器中的難易程度。通過實驗和錯誤 - 從一隻螞蟻開始，逐漸增加數量 - 研究人員确定了實作最佳挖掘率所需的螞蟻數量。
該團隊每10分鐘進行一次四分鐘的半分辨率掃描，因為螞蟻挖隧道以監控它們的進度。從生成的3D圖像中，他們為樣品中的每個粒子建立了一個"數字化身"，捕獲每個粒子的形狀，位置和方向 - 所有這些都顯着影響土壤樣品中力的分布。研究人員還能夠通過比較不同時間段拍攝的圖像來找出螞蟻去除每個顆粒的順序。
螞蟻在努力挖掘隧道時并不總是合作。"他們有點反複無常，"安德拉德說。當他們想挖的時候，他們随時挖。我們會把這些螞蟻放在一個容器裡，其中一些會立即開始挖掘，它們會取得驚人的進步。但是其他人-這将是幾個小時，他們根本沒有挖掘。其他人會挖一會兒，然後停下來休息一下。
安德拉德和帕克在他們的分析中注意到了一些新興的模式。例如，螞蟻通常沿着杯子的内緣挖掘 - 這是一種有效的政策，因為杯子的側面可以用作隧道結構的一部分，進而為螞蟻節省一些能量。螞蟻也喜歡直線挖掘隧道，這是一種優化效率的政策。此外，螞蟻傾向于盡可能陡峭地挖掘隧道。在土壤等顆粒媒體中，最陡峭的極限稱為傾角;不知何故，螞蟻可以感覺到這個臨界點，確定它們的隧道永遠不會超過俯仰角。
至于潛在的實體學，研究小組發現，當螞蟻将土壤顆粒移開挖掘隧道時，結構力鍊從随機分布重新排列，在隧道外形成一個墊子。這種力的重新配置設定加強了隧道的現有牆壁，并減輕了隧道末端谷物的壓力，使螞蟻更容易移除谷物以進一步延伸隧道。
"在工程和螞蟻生态學中，螞蟻如何建造這些持續數十年的結構仍然是一個謎，"帕克說。通過去除我們觀察到的模式中的顆粒，螞蟻已被證明在挖掘時會從這些圓形的力鍊中受益。螞蟻拍打單個顆粒以評估施加在它們身上的機械力。"
帕克認為這是一種行為算法。"這種算法在螞蟻中不存在，"他說。這是所有這些"勞工"像超級有機體一樣表現的新興群體行為。這種行為是如何通過所有這些螞蟻的小大腦傳播的，這是我們無法解釋的自然界的奇迹。"