Нові дослідження виявляють, що вогняні мурашки можуть створити мініатюрні Ейфелеву вежу, і комахи постійно перебудовують споруди, щоб уберегти їх від руйнування.
Комахи повзають вгору та вниз по цих спорудах у явищі, яке нагадує фонтан води уповільненого руху у зворотному напрямку, зазначають дослідники.
Відкриття нового дослідження може допомогти привести до роя роботів, які можуть використовувати власні тіла для формування складних 3D-структур, додали вчені.
Будівництво плотів
Пожежні мурахи (Solenopsis invicta) еволюціонував у водно-болотних угіддях Бразилії Пантанал. У 2011 році Крейг Тові, біолог з Інституту технологій Джорджії в Атланті, та його колеги відкрили спосіб, коли колонії цих комах можуть перетворитися на рафти, які можуть залишатися на плаву місяцями.
Вогняні мурашки можуть використовувати липкі подушечки на кінцях своїх ніг, щоб зв’язати один одного і сформувати млинець у формі млинця. У дослідженні 2011 року було встановлено, що екзоскелет кожного мураха може захоплювати бульбашки повітря та ставати злегка водовідштовхувальними. З’єднання колонії разом призводить до більш потужного гідроізоляційного ефекту, який утримує пліт сухим на плаву у воді.
Якщо мурашині плоти знайдуть оптимальні місця для осідання, вони можуть сформувати дзвіницеподібні вежі, які виконують роль тимчасових притулків у результаті повеней. Кожна з цих структур може складатися з сотень тисяч мурашок і досягати понад 30 мурах; дотепер було таємницею, як мурахи могли будувати такі високі споруди з власних тіл, не розчавившись, сказали дослідники у новому дослідженні.
Тонуючі вежі
Тові та його колеги випадково знайшли секрет у високих спорудах, коли вони експериментували з колоніями вогнів-мурашок, зібраних з придорожньої частини поблизу Атланти. Дослідники зробили це відкриття, коли "ми випадково залишили відеокамеру працювати додатковою годиною після того, як мурахи закінчили будувати свою вежу", розповів Тові Live Science.
Щоб змусити мурашок будувати вежі, дослідники помістили їх у прозорі ящики, на яких з їх підлоги стирчали пластикові прути. Ці прути служили опорами, на яких мурахи могли будувати споруди, зроблені з себе. У наступних експериментах башти побудованих мурах становили від 0,28 до 1,18 дюйма (7 - 30 міліметрів) у висоту і були збудовані протягом 17 - 33 хвилин. Дослідники відзначали, що такі вежі, ймовірно, приймали форму дзвона, оскільки в такому вигляді кожен компонент несе рівномірне навантаження.
З великою швидкістю дослідники могли побачити, що вежі постійно тонуть, як мурахи в глибинах структур тунелюють далеко від купи комах навколо них. Однак споруди постійно перебудовуються, оскільки мурахи снують з боків веж.
"Мене найбільше здивувало, що мурашина вежа постійно тоне і перебудовується", - сказав Тові. "Я думав, що мурахи перестали будувати, коли башта закінчилася. Форма залишається такою ж - хто здогадається, що мурахи циркулюють через незмінну будову?"
Безцільне будівництво
Для підтвердження своїх висновків дослідники змішали м'яко радіоактивний барвник на основі йоду у питну воду деяких комах, а потім помістили колонію в рентгенівський апарат для контролю рухів мурашок. "У реальному часі поверхневі мурахи блокують погляд", - сказав Тові. "Більше того, занулення занадто повільне, щоб виявити".
Розмістивши прозорі аркуші пластику поверх мурах, вчені встановили, що кожна комаха, яка в середньому важить близько 1 міліграма, може підтримувати приблизно в 750 разів більше своєї ваги і жити, щоб розповісти казку. Однак експерименти також припустили, що у вежах кожен мурашник, мабуть, відчуває себе найкомфортніше, підтримуючи до трьох мурашок на спині - і більше, і вони просто здаються і йдуть геть, сказав Тові.
Дослідники відзначили, що ці структури були побудовані без керівника чи узгоджених зусиль. Натомість кожен мураш просто бродив безцільно, дотримуючись певного набору правил, які могли б допомогти йому побудувати вежі. Обчислювальні моделі, які розробляли дослідники, могли б точно передбачити форми вежі та темпи зростання, йдеться в дослідженні.
"Щоб побудувати свою високу, міцну структуру Ейфелевої вежі, мурахи, здається, дотримуються тих же простих правил поведінки, яких вони дотримуються, щоб побудувати на воді плаваючий пліт у формі млинця", - сказав Тові. "Примітно, що дві масштабні форми, сформовані групою мурашок, різко відрізняються і досягають різних функцій, проте випливають із одних і тих самих дрібних масштабів поведінки".
Зараз дослідники хочуть проаналізувати "мости, які вогневі мурахи роблять із своїх тіл, щоб подолати прогалини в місцевості", - сказав Тові. "Вони дивовижні. Попереду тримаються один за одного, звисають вниз і назовні на інший бік, і міцно стискаються в обидва кінці. Решта мурашок проходять через міст. Потім мурахи, які складають міст, розв'язують його, починаючи. з першого боку, тож наприкінці всі мурахи дійшли до іншої сторони ».
Такі дослідження можуть допомогти надихнути на створення роїв роботів, які могли б будувати складні конструкції з їхніх тіл, сказав Тові.
"Дослідники робототехніки досягли певного успіху, отримавши флот роботів, щоб сформувати двовимірний візерунок, як прямокутник, але вони не з'ясували, як змусити роботів сформувати стійку тривимірну структуру", - сказав Тові. "Це дослідження може показати, як це зробити.
"Наприклад, припустимо, що ми відправляємо кілька сотень маленьких роботів через невеликий отвір у зруйновану будівлю для пошуку вцілілих людей або для вивчення невідомої місцевості на Марсі", - сказав Тові. "Іноді роботам доведеться працювати разом, щоб перетинати щілини або перебиратися через круті перешкоди. В інший час вони повинні поширюватися. Це дослідження може допомогти нам зрозуміти, як розробити їх індивідуальні контролери, щоб вони могли спільно виконувати різні завдання в різних ситуаціях . "
Тим не менш, це може виявитися важким для створення роботів, які можуть робити все, що можуть зробити мурахи, сказав він. "Неодноразово скидайте мурашника з 6 футів, і він не травмується. Сто разів скиньте робота з 6 футів і удачі", - сказав Тові.
Вчені детально розкрили свої висновки в Інтернеті 12 липня в журналі Royal Society Open Science.
