Tulen muurahaiset voivat rakentaa pienimuotoisia Eiffel-torni-ilmiöitä omista ruumistaan, ja hyönteiset rakentavat rakennukset jatkuvasti pelastaakseen ne romahtamalla, uusi tutkimus toteaa.
Hyönteiset indeksoivat näitä rakenteita ylös ja alas ilmiössä, joka muistuttaa hitaasti liikkuvaa suihkulähdettä taaksepäin, tutkijat sanoivat.
Uuden tutkimuksen havainnot voisivat johtaa robottien parviin, jotka voivat käyttää omaa kehoaan monimutkaisten 3D-rakenteiden muodostamiseen, tutkijat lisäsivät.
Lauttojen rakentaminen
Palo muurahaiset (Solenopsis invicta) kehittyi Brasilian Pantanalin kosteikkoilla. Vuonna 2011 Atlantan Georgian teknillisen instituutin biologi Craig Tovey ja hänen kollegansa löysivät tavan, jolla näiden hyönteisten pesäkkeet voivat muodostaa itsensä lauttoiksi, jotka voivat pysyä pinnalla kuukausien ajan.
Palo-muurahaiset voivat käyttää tarttuvia tyynyjä jalkojensa päissä linkittääkseen toisiinsa ja muodostaen pannukakun muotoisen lautan. Vuoden 2011 tutkimuksessa todettiin, että jokaisen muurahaisen eksoskeletti voi vangita ilmakuplat ja tulla hiukan vettä hylkiväksi. Yhdyskunnan kutominen johtaa tehokkaampaan vedeneristysvaikutukseen, joka pitää lautan kuivana vedessä ollessa.
Jos muurahaislautat löytävät optimaaliset paikat asettuakseen, ne voivat muodostaa kellonmuotoisia torneja, jotka toimivat väliaikaisena suojana tulvien jälkimainingeissa. Nämä rakenteet voivat kukin koostua sadoista tuhansista muurahaisista ja saavuttaa yli 30 muurahaisen korkeutta; tähän asti oli mysteeri, kuinka muurahaiset pystyivät rakentamaan niin korkeita rakenteita omasta ruumiistaan murskamatta, tutkijat kertoivat uudessa tutkimuksessa.
Upotus tornit
Tovey ja hänen kollegansa löysivät vahingossa korkeiden rakenteiden salaisuuden, kun he kokeilivat Atlantan lähellä tienvarsilta kerättyjä tulen ant-pesäkkeitä. Tutkijat havaitsivat, että "jätimme vahingossa videokameran käyntiin ylimääräisen tunnin ajan sen jälkeen kun muurahaiset olivat lopettaneet tornin rakentamisen", Tovey kertoi Live Sciencelle.
Houkuttelemaan muurahaisia rakentamaan torneja, tutkijat sijoittivat ne kirkkaisiin laatikoihin, joissa muovitangot olivat kiinni lattiastansa. Nämä tangot toimivat tukina, joihin muurahaiset pystyivät rakentamaan itsestään tehtyjä rakenteita. Seuraavissa kokeissa rakennetut muurahaiset tornit vaihtelivat välillä 7 - 30 millimetriä (0,28 - 1,18 tuumaa) ja rakennettiin 17 - 33 minuutissa. Tutkijat huomauttivat, että tällaiset tornit saivat todennäköisesti kellon muodon, koska siinä muodossa jokainen komponentti kantaa saman kuorman.
Suurella nopeudella tutkijat havaitsivat, että tornit upposivat jatkuvasti, koska muurahaiset rakenteiden tunnelissa tunkeutuvat muurahaiset ympäröivien hyönteisten paaluista. Rakenteita uudistetaan kuitenkin jatkuvasti, kun muurahaiset murskaavat tornien sivut.
"Yllättyin eniten siitä, että muurahainen torni uppoutuu pysyvästi ja rakennetaan uudelleen", Tovey sanoi. "Luulin, että muurahaiset lopettivat rakentamisen, kun torni oli valmis. Muoto pysyy samana - kuka arvaisi, että muurahaiset kiertävät muuttumattoman rakenteen läpi?"
Tavoitteeton rakentaminen
Tulostensa vahvistamiseksi tutkijat sekoittivat lievästi radioaktiivista jodipohjaista väriainetta joidenkin hyönteisten juomaveteen ja panivat sitten siirtokunnan röntgenlaitteeseen muurien liikkeiden seuraamiseksi. "Reaaliajassa pintamuurahaiset estävät näkymän", Tovey sanoi. "Lisäksi uppoaminen on liian hidasta havaita."
Asetamalla läpinäkyviä muovilevyjä muurahaisten päälle, tutkijat havaitsivat, että jokainen hyönteinen, joka painaa keskimäärin noin 1 milligrammaa, voi tukea jopa noin 750-kertaisesti painoaan ja elää kertomaan tarinan. Kokeet ehdottivat kuitenkin myös, että torneissa jokainen muurahainen tuntuu mukavimmalta tukemalla jopa kolme muurahaista selässään - enemmän, ja ne yksinkertaisesti luopuvat ja kävelevät pois, Tovey sanoi.
Tutkijat huomauttivat, että nämä rakenteet rakennettiin ilman johtajaa tai koordinoitua ponnistelua. Sen sijaan jokainen muurahainen vain vaelsi tavoitteettomasti noudattaen tiettyjä sääntöjä, jotka voivat auttaa sitä rakentamaan torneja. Tutkijoiden kehittämät laskennalliset mallit pystyivät tarkasti ennustamaan tornimuodot ja kasvunopeudet, tutkimuksen mukaan.
"Rakentaakseen korkean, vankan, Eiffel-tornin muotoisen rakenteen, muurahaiset näyttävät noudattavan samoja yksinkertaisia käyttäytymissääntöjä, joita he noudattavat rakentaakseen pannukakun muotoisen kelluvan lautan veteen", Tovey sanoi. "On huomionarvoista, että muurahaisryhmän muodostamat kaksi suurta muotoa ovat dramaattisesti erilaisia ja saavuttavat erilaisia toimintoja, mutta syntyvät kuitenkin samasta pienimuotoisesta yksilöllisestä käyttäytymisestä."
Tutkijat haluavat nyt analysoida "siltoja, jotka palon muurahaiset tekevät kehostaan kulkeakseen aukkoihin maastossa", Tovey sanoi. "Ne ovat uskomattomia. Edessä olevat pitävät toisiaan, roikkuvat alaspäin ja ulospäin toiselle puolelle ja tarttuvat tiukasti molemmista päistä. Loput muurahaiset murtuvat sillan yli. Sitten sillan muodostavat muurahaiset rakentavat sen alkaessaan. ensimmäisestä puolelta, joten lopussa kaikki muurahaiset ovat saavuttaneet toisen puolen. "
Tällainen tutkimus voisi auttaa inspiroimaan robottiparvien syntymistä, jotka voisivat rakentaa kehostaan monimutkaisia rakenteita, Tovey sanoi.
"Robotiikan tutkijoilla on ollut jonkin verran menestystä saada robottilaivasto muodostamaan kaksiulotteinen kuvio, kuten suorakulmio, mutta he eivät ole keksineet, kuinka saada robotit muodostamaan vakaa kolmiulotteinen rakenne", Tovey sanoi. "Tämä tutkimus saattaa osoittaa, kuinka se tehdään.
"Oletetaan esimerkiksi, että lähetämme useita satoja pieniä robotteja pienen aukon läpi romahtuneeseen rakennukseen etsimään eloonjääneitä tai tutkimaan tuntemattomia maastoja Marsilla", Tovey sanoi. "Joskus robotien on työskenneltävä yhdessä rakojen ylittämiseksi tai jyrkkien esteiden ylittämiseksi. Muina aikoina niiden tulisi levitä. Tämä tutkimus voi auttaa meitä ymmärtämään, kuinka heidän yksittäiset ohjaimet suunnitellaan, jotta he voivat tehdä yhteistyössä erilaisia tehtäviä eri tilanteissa. ."
Silti voi osoittautua vaikeaksi luoda robotteja, jotka voivat tehdä kaiken, mitä muurahaiset voivat tehdä, hän sanoi. "Pudota toistuvasti muurahainen 6 jalasta, eikä se loukkaannu. Pudota robotti 6 jalasta sata kertaa ja onnea", Tovey sanoi.
Tutkijat tarkensivat havaintonsa verkossa 12. heinäkuuta Royal Society Open Science -lehdessä.
