Brannmyrer kan bygge miniatyr look-alikes fra Eiffeltårnet fra sine egne kropper, og insektene gjenoppbygger strukturene for å redde dem fra å kollapse, viser en ny studie.
Insektene kryper oppover og nedover disse strukturene i et fenomen som ligner en saktevann fontenen i motsatt retning, sa forskerne.
Den nye studiens funn kan bidra til å føre til svermer av roboter som kan bruke sine egne kropper til å danne komplekse 3D-strukturer, la forskerne til.
Bygge flåter
Brannmyrer (Solenopsis invicta) utviklet seg i Pantanal våtmarker i Brasil. I 2011 oppdaget Craig Tovey, en biolog ved Georgia Institute of Technology i Atlanta, og kollegene hans hvordan koloniene av disse insektene kan forme seg til at de kan holde seg flytende i flere måneder.
Brannmyrer kan bruke klissete puder i endene av føttene sine for å koble seg sammen og danne en pannekakeformet flåte. Studien fra 2011 fant at hvert mys eksoskelett kan fange luftbobler og bli litt vannavstøtende. Å vevle en koloni fører til en kraftigere vanntettingseffekt som holder flåten tørr mens den er flytende i vannet.
Hvis maurflåtene finner optimale flekker å slå seg ned, kan de danne klokkeformede tårn som fungerer som midlertidige tilfluktsrom i kjølvannet av flom. Disse strukturene kan hver bestå av hundretusener av maur og når mer enn 30 maur høye; til nå var det et mysterium hvordan maur kunne bygge så høye strukturer fra sine egne kropper uten å bli knust, sa forskerne i den nye studien.
Synkende tårn
Tovey og kollegene fant tilfeldigvis hemmeligheten bak de høye strukturer mens de eksperimenterte med brannmyrkolonier samlet fra veikanter i nærheten av Atlanta. Forskerne gjorde oppdagelsen da "vi ved et uhell forlot videokameraet i en ekstra time etter at maurene var ferdig med å bygge tårnet," sa Tovey til Live Science.
For å indusere maurene til å bygge tårn, plasserte forskerne dem i klare bokser som hadde plaststenger som stakk opp fra gulvene sine. Disse stengene fungerte som støtter som maurene kunne bygge strukturer laget av selv. I påfølgende eksperimenter varierte tårnene som maurene bygde fra 0,28 til 1,18 tommer (7 til 30 millimeter) høye og ble bygget i løpet av 17 til 33 minutter. Forskerne bemerket at slike tårn antagelig fikk en bjelleform fordi hver komponent har den samme belastningen i den formen.
I høy hastighet kunne forskerne se at tårnene stadig synker, da maur i dypet av strukturen går bort fra haugene med insekter rundt seg. Strukturen gjenoppbygges imidlertid stadig, da maur skurrer opp sidene av tårnene.
"Jeg ble mest overrasket over at maurtårnet alltid synker og blir gjenoppbygd," sa Tovey. "Jeg trodde maurene sluttet å bygge når tårnet var ferdig. Formen forblir den samme - hvem skulle gjette at maurene sirkulerte gjennom en uforanderlig struktur?"
Skikkelig konstruksjon
For å bekrefte funnene sine blandet forskerne et mildt sagt radioaktivt jodbasert fargestoff i drikkevannet til noen av insektene og satte deretter kolonien i en røntgenmaskin for å overvåke maurens bevegelser. "I sanntid blokkerer overflaten maur utsikten," sa Tovey. "Dessuten er synkingen for langsom å oppdage."
Ved å plassere gjennomsiktige ark med plast på toppen av maur, fant forskerne at hvert insekt, som gjennomsnittlig veier omtrent 1 milligram, kan støtte opptil 750 ganger sin vekt og leve for å fortelle historien. Eksperimentene antydet imidlertid at i tårn ser det ut til at hver maur føler seg mest komfortabel med å støtte opptil tre maur på ryggen - noe mer, og de bare gir opp og går bort, sa Tovey.
Forskerne bemerket at disse strukturene ble bygget uten leder eller koordinert innsats. I stedet vandret hver maur rett og slett målløst, etter et bestemt sett med regler som kunne hjelpe den med å konstruere tårn. Beregningsmodeller forskerne utviklet kunne nøyaktig forutsi tårnformer og veksthastigheter, sier studien.
"For å bygge sin høye, solide, Eiffeltårnformede struktur, ser maurene ut til å følge de samme enkle atferdsreglene som de følger for å bygge en pannekakeformet flytende flåte på vann," sa Tovey. "Det er bemerkelsesverdig at de to storskalaformene som er dannet av gruppen av maur, er dramatisk forskjellige og oppnår forskjellige funksjoner, men fremgår av den samme småskala individuelle oppførselen."
Forskerne ønsker nå å analysere "broene brannmyrene lager ut av kroppene sine for å krysse hull i terrenget," sa Tovey. "De er fantastiske. De foran holder hverandre, dingler nedover og utover til den andre siden og griper fast i hver ende. Resten av maurene går over broen. Deretter dekonstruerer maurene som komponerer broen og starter fra første side, så på slutten har alle maurene nådd den andre siden. "
Slik forskning kan bidra til å inspirere til opprettelsen av svermer av roboter som kan bygge komplekse strukturer fra kroppene deres, sa Tovey.
"Robotforskere har hatt en viss suksess med å få en flåte av roboter til å danne et todimensjonalt mønster som et rektangel, men de har ikke funnet ut hvordan de kan få roboter til å danne en stabil tredimensjonal struktur," sa Tovey. "Denne forskningen kan vise hvordan du gjør det.
"Anta for eksempel at vi sender flere hundre små roboter gjennom en liten åpning inn i en sammenbrudd bygning for å søke etter overlevende, eller for å utforske ukjent terreng på Mars," sa Tovey. "Noen ganger vil robotene måtte jobbe sammen for å krysse sprekker eller klatre over bratte hindringer. Andre ganger bør de spre seg. Denne forskningen kan hjelpe oss å forstå hvordan vi designer sine individuelle kontrollere, slik at de kan samarbeide om å utføre forskjellige oppgaver i forskjellige situasjoner. ."
Likevel kan det vise seg å være vanskelig å lage roboter som kan gjøre alt maur kan gjøre, sa han. "Slipp en maur fra 6 fot gjentatte ganger, og den vil ikke bli skadet. Slipp en robot fra 6 meter hundre ganger og lykke til," sa Tovey.
Forskerne detaljerte funnene sine online 12. juli i tidsskriftet Royal Society Open Science.
