Новите проучвания откриват, че огнените мравки могат да построят миниатюрни прилици на Айфеловата кула от собствените си тела, а насекомите непрекъснато възстановяват структурите, за да ги спасят от срутване.
Насекомите пълзят нагоре и надолу по тези структури при явление, което наподобява бавен фонтан на вода в обратен ред, казаха изследователите.
Откритието на новото проучване може да помогне да се стигне до рояци от роботи, които могат да използват собствените си тела, за да формират сложни 3D структури, добавят учените.
Изграждане на салове
Огнени мравки (Solenopsis invicta) еволюира в влажните зони на Пантанал на Бразилия. През 2011 г. Крейг Тови, биолог от Института за технологии в Джорджия в Атланта, и неговите колеги откриха начина, по който колониите на тези насекоми могат да се оформят в рафта, за да могат да останат на плаващите с месеци.
Огнените мравки могат да използват лепкави подложки в краищата на краката си, за да се свържат един с друг и да образуват сал с форма на палачинка. Проучването от 2011 г. установи, че екзоскелетът на всяка мравка може да улови въздушни мехурчета и да стане леко водоотблъскващ. Тъкането на колония заедно води до по-мощен хидроизолационен ефект, който поддържа салата сух, докато лети във водата.
Ако мравките салони намерят оптимални места за успокояване, те могат да образуват камбанарии във формата на камбани, които действат като временни убежища вследствие на наводненията. Всяка от тези структури може да се състои от стотици хиляди мравки и да достигне повече от 30 мравки; досега беше загадка как мравките могат да строят толкова високи структури от собствените си тела, без да се смачкват, казаха изследователите в новото проучване.
Потъващи кули
Тови и неговите колеги случайно откриха тайната на високите структури, докато те експериментираха с колонии от огън мравки, събрани от крайпътни улици близо до Атланта. Изследователите направиха откритието, когато „случайно оставихме видеокамерата да работи още един час, след като мравките приключиха с изграждането на своята кула“, каза Тови пред Live Science.
За да накарат мравките да строят кули, изследователите ги поставили в прозрачни кутии, в които от пода им стърчали пластмасови пръчки. Тези пръчки служеха като опори, върху които мравките могат да изграждат конструкции, направени от себе си. В последващи експерименти кулите, които изграждаха мравките, варираха от 0,28 до 1,18 инча (7 до 30 милиметра) и бяха построени в рамките на 17 до 33 минути. Изследователите отбелязват, че подобни кули вероятно са получили камбанария, тъй като в тази форма всеки компонент носи равно натоварване.
С голяма скорост изследователите могат да видят, че кулите непрекъснато потъват, като мравки в дълбочината на структурите тунели далеч от купчините насекоми около тях. Конструкциите обаче постоянно се преустройват, тъй като мравките обикалят страните на кулите.
„Най-много се учудих, че мравката кула непрекъснато потъва и се възстановява“, каза Тови. "Мислех, че мравките спряха да строят, след като кулата е завършена. Формата остава същата - кой би предположил, че мравките циркулират през непроменена структура?"
Безцелна конструкция
За да потвърдят своите открития, изследователите смесили леко радиоактивно базирано на йод багрило в питейната вода на някои от насекомите и след това сложиха колонията в рентгенова машина, за да наблюдават движенията на мравките. "В реално време повърхностните мравки блокират гледката", каза Тови. "Освен това потъването е твърде бавно, за да се открие."
Поставяйки прозрачни листове пластмаса върху мравките, учените откриха, че всяко насекомо, което средно тежи около 1 милиграм, може да издържи до около 750 пъти повече от теглото си и да живее, за да разкаже приказката. Обаче експериментите също така предполагат, че в кулите всяка мравка изглежда най-удобно да поддържа до три мравки на гърба си - вече и те просто се отказват и си отиват, каза Тови.
Изследователите отбелязват, че тези структури са изградени без лидер или координирани усилия. Вместо това всяка мравка просто се скиташе безцелно, спазвайки определен набор от правила, които биха могли да й помогнат да изгради кули. Изчислителните модели, които изследователите са разработили, биха могли да прогнозират точно формите на кулата и темповете на растеж, се казва в проучването.
„За да изградят високата си, солидна структура с форма на Айфелова кула, мравките изглежда спазват същите прости правила на поведение, които спазват, за да изградят плаващ сал във формата на палачинка върху вода“, каза Тови. „Забележително е, че двете мащабни форми, образувани от групата на мравки, са драстично различни и постигат различни функции, но въпреки това възникват от едно и също дребномащабно индивидуално поведение.“
Сега изследователите искат да анализират "мостовете, които огнените мравки правят от телата си, за да преминат пропуски в терена", каза Тови. „Удивителни са. Предните се придържат един към друг, висят надолу и навън към другата страна и се хващат здраво в двата края. Останалите мравки минават през моста. След това мравките, които съставят моста, го деконструират като стартират от първата страна, така че накрая всички мравки са стигнали до другата страна. "
Подобни изследвания биха могли да помогнат за вдъхновяването на създаването на рояци от роботи, които биха могли да изграждат сложни структури от телата си, каза Тови.
„Изследователите по роботика имат известен успех в получаването на флот от роботи, за да формират двуизмерен модел като правоъгълник, но не са измислили как да накарат роботите да формират стабилна триизмерна структура“, каза Тови. „Това изследване може да покаже как да се направи това.
„Например, да предположим, че изпращаме няколкостотин малки роботи през малък отвор в срутена сграда, за да търсим оцелели или да изследваме неизвестен терен на Марс“, каза Тови. „Понякога роботите ще трябва да работят заедно, за да пресичат цепнатини или да се изкачат над стръмни препятствия. В други моменти те трябва да се разпространят. Това изследване може да ни помогне да разберем как да проектираме техните индивидуални контролери, така че те да могат съвместно да изпълняват различни задачи в различни ситуации . "
Все пак може да се окаже трудно създаването на роботи, които да правят всичко, което могат да правят мравките, каза той. "Многократно пускайте мравка от 6 фута и няма да се контузите. Хвърлете робот от 6 фута сто пъти и късмет", каза Тови.
Учените подробно разкриха своите открития онлайн на 12 юли в списанието Royal Society Open Science.
