Согласно новому исследованию, огненные муравьи могут создавать миниатюрные двойники Эйфелевой башни из своих собственных тел, а насекомые постоянно перестраивают сооружения, чтобы спасти их от разрушения.
Исследователи утверждают, что насекомые ползут вверх и вниз по этим структурам, что напоминает медленный фонтан в обратном направлении.
Ученые добавили, что открытие нового исследования может помочь привести к скоплению роботов, которые могут использовать свои собственные тела для формирования сложных трехмерных структур.
Строительные плоты
Огненные муравьи (Соленопсис инвикта) развился в Пантанале водно-болотных угодий Бразилии. В 2011 году Крейг Тови, биолог из Технологического института Джорджии в Атланте, и его коллеги обнаружили, как колонии этих насекомых могут превращаться в плоты, которые могут оставаться на плаву в течение нескольких месяцев.
Огненные муравьи могут использовать липкие накладки на концах своих ног, чтобы соединиться друг с другом и образовать плот в форме блина. Исследование 2011 года показало, что экзоскелет каждого муравья может задерживать пузырьки воздуха и стать слегка водоотталкивающим. Объединение колонии приводит к более мощному гидроизоляционному эффекту, который сохраняет плот сухим, находясь на плаву в воде.
Если плоты муравьев находят оптимальные места для поселения, они могут образовывать колоколообразные башни, которые действуют как временные укрытия после наводнений. Эти структуры могут состоять из сотен тысяч муравьев и достигать более 30 муравьев в высоту; до сих пор было загадкой, как муравьи могут строить такие высокие структуры из своих тел без разрушения, говорят исследователи в новом исследовании.
Тонущие башни
Тови и его коллеги случайно обнаружили секрет высоких сооружений, когда они экспериментировали с огненными муравьиными колониями, собранными на обочинах дорог возле Атланты. Исследователи сделали открытие, когда «мы случайно оставили видеокамеру включенной на дополнительный час после того, как муравьи закончили строить свою башню», сказал Тови в интервью Live Science.
Чтобы побудить муравьев строить башни, исследователи поместили их в прозрачные коробки, в которых с пола торчали пластиковые стержни. Эти стержни служили опорами, на которых муравьи могли строить конструкции из себя. В последующих экспериментах башни, построенные муравьями, имели высоту от 0,28 до 1,18 дюймов (7–30 мм) и были построены в течение 17–33 минут. Исследователи отметили, что такие башни, вероятно, приняли форму колокола, потому что в этой форме каждый компонент несет одинаковую нагрузку.
На высокой скорости исследователи могли видеть, что башни постоянно опускаются, поскольку муравьи в глубинах структур туннелируют от куч насекомых вокруг них. Тем не менее, сооружения постоянно перестраиваются, так как муравьи несутся по сторонам башен.
«Я был очень удивлен, что муравьиная башня постоянно тонет и восстанавливается», - сказал Тови. «Я думал, что муравьи прекратили строить, когда башня будет завершена. Форма останется прежней - кто бы мог подумать, что муравьи циркулируют через неизменную структуру?»
Бесполезная конструкция
Чтобы подтвердить свои выводы, исследователи смешали слегка радиоактивный краситель на основе йода с питьевой водой некоторых насекомых, а затем поместили колонию в рентгеновский аппарат для наблюдения за движениями муравьев. «В реальном времени поверхностные муравьи блокируют вид», - сказал Тови. «Более того, опускание слишком медленно, чтобы обнаружить».
Поместив прозрачные листы пластика поверх муравьев, ученые обнаружили, что каждое насекомое, которое в среднем весит около 1 миллиграмма, может выдержать до 750 раз больше своего веса и жить, чтобы рассказать свою историю. Однако эксперименты также показали, что в башнях каждый муравей, кажется, чувствует себя наиболее комфортно, поддерживая до трех муравьев на своей спине - больше, и они просто сдаются и уходят, сказал Тови.
Исследователи отметили, что эти структуры были построены без лидера или скоординированных усилий. Вместо этого каждый муравей просто бесцельно бродил, следуя определенному набору правил, которые могли бы помочь ему построить башни. Исследователи утверждают, что вычислительные модели, разработанные исследователями, могут точно предсказать формы и темпы роста башен.
«Чтобы построить свою высокую, прочную структуру в форме Эйфелевой башни, муравьи, по-видимому, следуют тем же простым правилам поведения, которые они применяют, чтобы построить плавающий плот в форме блина на воде», - сказал Тови. «Примечательно, что две крупномасштабные фигуры, сформированные группой муравьев, резко отличаются и выполняют разные функции, но все же возникают из одного мелкого индивидуального поведения».
Теперь исследователи хотят проанализировать «мосты, которые огненные муравьи строят из своих тел, чтобы пересечь пропасти на местности», сказал Тови. «Они удивительны. Те, кто впереди, держат друг друга, свисают вниз и наружу на другую сторону и крепко держатся за каждый конец. Остальные муравьи идут по мосту. Затем муравьи, составляющие мост, начинают его разрушать, начиная с первой стороны, так что в конце все муравьи достигли другой стороны ".
По словам Тови, такие исследования могут помочь создать множество роботов, которые могут создавать сложные структуры из их тел.
«Исследователи робототехники добились определенного успеха, получив парк роботов для формирования двумерного рисунка, похожего на прямоугольник, но они не выяснили, как заставить роботов формировать устойчивую трехмерную структуру», - сказал Тови. «Это исследование может показать, как это сделать.
«Например, предположим, что мы отправляем несколько сотен маленьких роботов через маленькое отверстие в разрушенное здание, чтобы искать выживших или исследовать неизвестную местность на Марсе», - сказал Тови. «Иногда роботам придется работать вместе, чтобы пересекать щели или преодолевать крутые препятствия. В других случаях они должны распространяться. Это исследование может помочь нам понять, как спроектировать свои отдельные контроллеры, чтобы они могли совместно решать различные задачи в различных ситуациях. «.
Тем не менее, может оказаться трудным создание роботов, которые могут делать все, что могут муравьи, сказал он. «Неоднократно опускайте муравья с 6 футов, и он не будет ранен. Бросьте робота с 6 футов в сто раз и удачи», - сказал Тови.
Ученые подробно изложили свои выводы онлайн 12 июля в журнале Royal Society Open Science.
