Le formiche del fuoco possono costruire sosia in miniatura della Torre Eiffel dai loro corpi e gli insetti ricostruiscono continuamente le strutture per salvarle dal collasso, secondo un nuovo studio.
Gli insetti strisciano su e giù per queste strutture in un fenomeno che ricorda una fontana al rallentatore al contrario, i ricercatori hanno detto.
La scoperta del nuovo studio potrebbe aiutare a portare a sciami di robot che possono usare il proprio corpo per formare strutture 3D complesse, hanno aggiunto gli scienziati.
Costruire zattere
Formiche rosse (Solenopsis invicta) si è evoluto nelle zone umide del Pantanal in Brasile. Nel 2011, Craig Tovey, biologo del Georgia Institute of Technology di Atlanta, e i suoi colleghi hanno scoperto il modo in cui le colonie di questi insetti possono modellarsi in zattere che possono rimanere a galla per mesi.
Le formiche di fuoco possono usare cuscinetti appiccicosi alle estremità dei loro piedi per collegarsi tra loro e formare una zattera a forma di pancake. Lo studio del 2011 ha scoperto che l'esoscheletro di ogni formica può intrappolare le bolle d'aria e diventare leggermente idrorepellente. Intrecciare una colonia porta a un effetto impermeabilizzante più potente che mantiene asciutta la zattera mentre si galleggia nell'acqua.
Se le zattere di formica trovano i punti ottimali per sistemarsi, possono formare torri a forma di campana che fungono da ripari temporanei dopo le inondazioni. Queste strutture possono essere composte ciascuna da centinaia di migliaia di formiche e raggiungere più di 30 formiche; fino ad ora, era un mistero come le formiche potevano costruire strutture così alte dai loro corpi senza essere schiacciate, hanno detto i ricercatori nel nuovo studio.
Torri che affondano
Tovey e i suoi colleghi hanno scoperto accidentalmente il segreto delle alte strutture mentre stavano sperimentando colonie di formiche di fuoco raccolte dai bordi della strada vicino ad Atlanta. I ricercatori hanno fatto la scoperta quando "abbiamo lasciato la videocamera accesa per un'ora in più dopo che le formiche avevano finito di costruire la loro torre", ha detto Tovey a Live Science.
Per indurre le formiche a costruire torri, i ricercatori le hanno posizionate in scatole trasparenti con aste di plastica attaccate dai loro piani. Queste aste servivano da supporto su cui le formiche potevano costruire strutture fatte di se stesse. In esperimenti successivi, le torri costruite dalle formiche andavano da 0,28 a 1,18 pollici (da 7 a 30 millimetri di altezza) e furono costruite in 17 a 33 minuti. I ricercatori hanno notato che tali torri probabilmente hanno assunto la forma di una campana perché in quella forma, ogni componente ha un carico uguale.
Ad alta velocità, i ricercatori hanno potuto vedere che le torri affondano costantemente, mentre le formiche nelle profondità delle strutture scavano via dalle pile di insetti che le circondano. Tuttavia, le strutture vengono costantemente ricostruite, mentre le formiche si arrampicano sui lati delle torri.
"Sono rimasto molto sorpreso dal fatto che la torre della formica affonda perennemente e viene ricostruita", ha detto Tovey. "Pensavo che le formiche smettessero di costruire una volta che la torre fosse stata completata. La forma rimane la stessa - chi immaginerebbe che le formiche circolino attraverso una struttura immutabile?"
Costruzione senza scopo
Per confermare i loro risultati, i ricercatori hanno mescolato un colorante a base di iodio leggermente radioattivo nell'acqua potabile di alcuni insetti e quindi hanno messo la colonia in una macchina a raggi X per monitorare i movimenti delle formiche. "In tempo reale, le formiche di superficie bloccano la vista", ha detto Tovey. "Inoltre, l'affondamento è troppo lento per essere rilevato."
Posizionando fogli di plastica trasparenti sopra le formiche, gli scienziati hanno scoperto che ogni insetto, che pesa in media circa 1 milligrammo, può sostenere fino a circa 750 volte il suo peso e vivere per raccontare la storia. Tuttavia, gli esperimenti hanno anche suggerito che nelle torri, ogni formica sembra sentirsi più a suo agio a sostenere fino a tre formiche sulla schiena - ancora, e semplicemente si arrendono e vanno via, ha detto Tovey.
I ricercatori hanno notato che queste strutture sono state costruite senza un leader o uno sforzo coordinato. Invece, ogni formica vagava senza meta, seguendo un certo insieme di regole che potevano aiutarla a costruire torri. I modelli computazionali sviluppati dai ricercatori potrebbero prevedere con precisione le forme delle torri e i tassi di crescita, secondo lo studio.
"Per costruire la loro struttura alta, solida, a forma di Torre Eiffel, le formiche sembrano seguire le stesse semplici regole comportamentali che seguono per costruire una zattera galleggiante a forma di pancake sull'acqua", ha detto Tovey. "È straordinario che le due forme su larga scala formate dal gruppo di formiche siano drammaticamente diverse e raggiungano funzioni diverse, eppure emergano dagli stessi comportamenti individuali su piccola scala".
I ricercatori ora vogliono analizzare "i ponti che le formiche di fuoco fanno fuori dai loro corpi per attraversare le lacune nel terreno", ha detto Tovey. "Sono incredibili. Quelli di fronte si tengono l'un l'altro, penzolano verso il basso e verso l'esterno dall'altro lato e si aggrappano saldamente ad ogni estremità. Il resto delle formiche attraversa il ponte. Quindi, le formiche che compongono il ponte lo decostruiscono iniziando dal primo lato, quindi alla fine, tutte le formiche hanno raggiunto l'altro lato. "
Tale ricerca potrebbe aiutare a ispirare la creazione di sciami di robot che potrebbero costruire strutture complesse dai loro corpi, ha detto Tovey.
"I ricercatori di robotica hanno avuto un certo successo nel convincere una flotta di robot a formare un modello bidimensionale come un rettangolo, ma non hanno capito come far sì che i robot formino una struttura tridimensionale stabile", ha detto Tovey. "Questa ricerca potrebbe mostrare come farlo.
"Ad esempio, supponiamo di inviare diverse centinaia di piccoli robot attraverso una piccola apertura in un edificio crollato per cercare sopravvissuti o esplorare terreni sconosciuti su Marte", ha detto Tovey. "A volte, i robot dovranno lavorare insieme per attraversare fessure o superare ostacoli ripidi. Altre volte, dovrebbero diffondersi. Questa ricerca potrebbe aiutarci a capire come progettare i loro singoli controller in modo da poter svolgere in modo cooperativo compiti diversi in diverse situazioni ".
Tuttavia, può rivelarsi difficile creare robot in grado di fare tutto ciò che le formiche possono fare, ha affermato. "Fai cadere ripetutamente una formica da 6 piedi e non si farà male. Fai cadere un robot da 6 piedi cento volte e buona fortuna", ha detto Tovey.
Gli scienziati hanno dettagliato i loro risultati online il 12 luglio sulla rivista Royal Society Open Science.
