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。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。

那它们是怎么找到回家的路呢？

早在2000年，哈拉尔德·沃尔夫就开始研究沙漠蚂蚁的导航。那时候，沃尔夫就发现蚂蚁回家的路几乎不会是直线的。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，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。

沙漠蚂蚁能够有效地结合视觉和气味线索来定位食物来源，这是一开始的试验结果。经过20年的不断研究，沃尔夫发现沙漠蚂蚁的导航系统十分复杂，不只是简单的视觉线索和气味线索，还有路径积分和太阳导航。

路径积分是最主要的导航方式，我们可以把这个过程想象成一种“蚂蚁GPS”。科学家是怎么知道的呢？他们做了一个改变蚂蚁腿长的试验。他们给一部分蚂蚁增加腿长，装上“小高跷”，使它们每一步迈得更大。还有一部分蚂蚁则减少腿长，通过剪短蚂蚁的腿，使它们每一步迈得更小。然后在实验场地上铺设沙子并记录蚂蚁的行走路径。科学家观察并记录蚂蚁从巢穴到食物点的行走轨迹。

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。

你可以想象一下有一只沙漠蚂蚁从巢穴出发去找食物。它先向东走50步，然后向北走30步，最后向西走20步找到了食物。它的路径像是一个“之”字形。现在它要回家了，它会计算出一个直接回家的路径，这条路径可能是先向南走30步，再向西走30步。这也是沙漠蚂蚁走不出直线的直接原因，多种导航机制的结合和相互作用导致蚂蚁偏离直线。

在最新的研究中，科学家发现在一些情况下蚂蚁的路径不仅不是直线，而且是弯弯曲曲的，没有规律，显示出随机漫步的特征，类似于布朗运动。

他们通过追踪并记录蚂蚁寻找食物和返回巢穴的路径，进一步测量路径角度的变化。他们将蚂蚁的路径分成小段，每段约50厘米长，测量每段路径之间的角度变化。例如，如果蚂蚁先向东走，然后向北走，这两个方向之间的角度是90度。然后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度到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。

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轨迹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6条腿，能够在崎岖不平的地形上移动。

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。

文图据科普中国微信公众号