Nowe badania dowodzą, że mrówki ogniste mogą budować miniaturowe podobieństwa do Wieży Eiffla z własnych ciał, a owady nieustannie odbudowują konstrukcje, aby uchronić je przed zawaleniem.
Naukowcy powiedzieli, że owady pełzają w górę i w dół tych struktur w zjawisku przypominającym fontannę w zwolnionym tempie.
Naukowcy dodali, że odkrycie nowego badania może pomóc w powstaniu roju robotów, które mogą wykorzystywać własne ciała do tworzenia złożonych struktur 3D.
Budowa tratw
Mrówki ogniste (Solenopsis invicta) ewoluowała na mokradłach Pantanal w Brazylii. W 2011 r. Craig Tovey, biolog z Georgia Institute of Technology w Atlancie, i jego koledzy odkryli sposób, w jaki kolonie tych owadów mogą uformować się w tratwy, które mogą utrzymywać się na powierzchni przez wiele miesięcy.
Mrówki ogniste mogą używać lepkich podkładek na końcach stóp, aby łączyć się ze sobą i tworzyć tratwę w kształcie naleśnika. Badanie z 2011 roku wykazało, że egzoszkielet każdej mrówki może uwięzić pęcherzyki powietrza i stać się lekko wodoodporny. Tkanie kolonii razem prowadzi do silniejszego efektu hydroizolacji, który utrzymuje tratwę suchą podczas pływania w wodzie.
Jeśli tratwy mrówek znajdą optymalne miejsca do osiedlenia się, mogą utworzyć wieże w kształcie dzwonu, które pełnią rolę tymczasowych schronień w następstwie powodzi. Każda z tych struktur może składać się z setek tysięcy mrówek i osiągać wysokość ponad 30 mrówek; do tej pory tajemnicą było, jak mrówki mogą budować tak wysokie konstrukcje z własnego ciała bez zmiażdżenia, twierdzą naukowcy w nowym badaniu.
Tonące wieże
Tovey i jego koledzy przypadkowo znaleźli tajemnicę wysokich budowli podczas eksperymentów z koloniami mrówek ognistych zebranych ze poboczy w pobliżu Atlanty. Naukowcy dokonali odkrycia, gdy „przypadkowo zostawiliśmy kamerę wideo działającą przez dodatkową godzinę po tym, jak mrówki zakończyły budowę swojej wieży”, powiedział Tovey dla Live Science.
Aby skłonić mrówki do budowania wież, naukowcy umieścili je w przezroczystych skrzyniach z plastikowymi prętami wystającymi z podłogi. Pręty te służyły jako podpory, na których mrówki mogły budować wykonane z nich konstrukcje. W kolejnych eksperymentach wieże zbudowane przez mrówki miały od 7 do 30 milimetrów wysokości od 0,28 do 1,18 cala i zostały zbudowane w ciągu 17 do 33 minut. Naukowcy zauważyli, że takie wieże prawdopodobnie przybrały kształt dzwonu, ponieważ w tej formie każdy element jest obciążony jednakowo.
Przy dużej prędkości naukowcy zauważyli, że wieże stale się zapadają, ponieważ mrówki w głębinach budowli tunelują od stosów owadów wokół nich. Jednak konstrukcje są ciągle przebudowywane, ponieważ mrówki pędzą po bokach wież.
„Byłem najbardziej zaskoczony, że wieża mrówek nieustannie tonie i zostaje odbudowana” - powiedział Tovey. „Myślałem, że mrówki przestały budować po ukończeniu wieży. Kształt pozostaje taki sam - kto by zgadł, że mrówki krążą w niezmiennej strukturze?”
Bezimienna konstrukcja
Aby potwierdzić swoje odkrycia, naukowcy zmieszali lekko radioaktywny barwnik na bazie jodu w wodzie pitnej niektórych owadów, a następnie umieścili kolonię w urządzeniu rentgenowskim w celu monitorowania ruchów mrówek. „W czasie rzeczywistym mrówki powierzchniowe blokują widok” - powiedział Tovey. „Co więcej, tonięcie jest zbyt wolne, aby je wykryć”.
Umieszczając przezroczyste arkusze plastiku na mrówkach, naukowcy odkryli, że każdy owad, który średnio waży około 1 miligrama, może wytrzymać do 750 razy więcej niż jego waga i żyć, by opowiedzieć historię. Jednak eksperymenty sugerują również, że w wieżach każda mrówka wydaje się najbardziej komfortowa, podtrzymując do trzech mrówek na plecach - już więcej, i po prostu poddają się i odchodzą, powiedział Tovey.
Naukowcy zauważyli, że struktury te zostały zbudowane bez lidera lub skoordynowanego wysiłku. Zamiast tego każda mrówka wędrowała bez celu, przestrzegając określonego zestawu zasad, które mogłyby pomóc jej w budowie wież. Naukowcy twierdzą, że modele obliczeniowe opracowane przez naukowców mogą dokładnie przewidywać kształty wież i wskaźniki wzrostu.
„Aby zbudować wysoką, solidną konstrukcję w kształcie Wieży Eiffla, mrówki wydają się przestrzegać tych samych prostych zasad behawioralnych, które stosują, aby zbudować pływającą tratwę w kształcie naleśnika na wodzie” - powiedział Tovey. „Zadziwiające jest to, że dwa kształty na dużą skalę utworzone przez grupę mrówek są dramatycznie różne i spełniają różne funkcje, a jednocześnie wynikają z tych samych indywidualnych zachowań na małą skalę”.
Naukowcy chcą teraz przeanalizować „mosty, które mrówki ogniste wykonują ze swoich ciał, aby przemierzać luki w terenie” - powiedział Tovey. „Są niesamowite. Te z przodu trzymają się, zwisają w dół i na zewnątrz na drugą stronę, i mocno chwytają za każdy koniec. Reszta mrówek przechodzi przez most. Następnie mrówki, które tworzą most, zaczynają go rozkładać z pierwszej strony, więc na końcu wszystkie mrówki dotarły na drugą stronę. ”
Takie badania mogłyby pomóc zainspirować tworzenie roju robotów, które mogłyby budować złożone struktury z ich ciał, powiedział Tovey.
„Naukowcom zajmującym się robotyką udało się uzyskać flotę robotów tworzących dwuwymiarowy wzór podobny do prostokąta, ale nie wymyślili, jak sprawić, by roboty tworzyły stabilną trójwymiarową strukturę” - powiedział Tovey. „Te badania mogą pokazać, jak to zrobić.
„Załóżmy na przykład, że wysyłamy kilkaset małych robotów przez mały otwór do zawalonego budynku, aby szukać ocalałych lub badać nieznany teren na Marsie” - powiedział Tovey. „Czasami roboty będą musiały współpracować, aby przechodzić przez szczeliny lub wspinać się po stromych przeszkodach. W innym czasie powinny się rozprzestrzeniać. Te badania mogą pomóc nam zrozumieć, jak zaprojektować poszczególnych kontrolerów, aby mogli wspólnie realizować różne zadania w różnych sytuacjach . ”
Powiedział jednak, że tworzenie robotów, które mogą robić wszystko, co mrówki, może być trudne. „Wielokrotnie upuszczaj mrówkę z wysokości 6 stóp, a ona nie odniesie obrażeń. Zrzuć robota z wysokości 6 stóp sto razy i powodzenia” - powiedział Tovey.
Naukowcy szczegółowo opisali swoje odkrycia online 12 lipca w czasopiśmie Royal Society Open Science.
