Semut kebakaran boleh membina pandangan kecil dari Menara Eiffel dari badan mereka sendiri, dan serangga sentiasa membina semula struktur untuk menyelamatkan mereka daripada runtuh, satu kajian baru mendapati.
Serangga merangkak ke atas dan ke bawah struktur ini dalam fenomena yang menyerupai pancutan air perlahan-gerakan yang terbalik, kata para penyelidik.
Temuan kajian baru ini dapat membantu membawa kepada robot yang dapat menggunakan badan mereka sendiri untuk membentuk struktur 3D yang kompleks, kata ahli sains.
Rakit bangunan
Semut api (Solenopsis invicta) berkembang di tanah lembap Pantanal di Brazil. Pada tahun 2011, Craig Tovey, seorang ahli biologi di Institut Teknologi Georgia di Atlanta, dan rakannya mendapati jalan di mana jajahan serangga ini dapat membentuk diri mereka menjadi rakit yang dapat bertahan selama berbulan-bulan.
Semut api boleh menggunakan pad melekit di hujung kaki mereka untuk menghubungkan antara satu sama lain dan membentuk rakit berbentuk pancake. Kajian pada tahun 2011 mendapati bahawa setiap exoskeleton semut boleh memerangkap gelembung udara dan menjadi sedikit penolak air. Menenun tanah jajahan bersama-sama membawa kepada kesan kalis air yang lebih kuat yang membuat rakit kering ketika bertahan di dalam air.
Jika rakit semut mencari tempat yang optimum untuk menetap, mereka boleh membentuk menara berbentuk loceng yang berfungsi sebagai tempat perlindungan sementara selepas banjir. Struktur ini masing-masing terdiri daripada ratusan ribu semut dan mencapai lebih daripada 30 semut tinggi; Sehingga kini, ia adalah misteri bagaimana semut dapat membina struktur tinggi dari badan mereka sendiri tanpa mendapat hancur, kata para penyelidik dalam kajian baru itu.
Menara tenggelam
Tovey dan rakan-rakannya secara tidak sengaja mendapati rahsia struktur tinggi ketika mereka bereksperimen dengan koloni semut api yang dikumpulkan dari tepi jalan berhampiran Atlanta. Para penyelidik membuat penemuan itu apabila "kami secara tidak sengaja meninggalkan kamera video berjalan selama sejam selepas semut selesai membina menara mereka," Tovey memberitahu Live Science.
Untuk mendorong semut untuk membina menara, penyelidik meletakkannya di dalam kotak yang jelas yang mempunyai batang plastik melekat dari lantai mereka. Batang ini berfungsi sebagai pendukung di mana semut dapat membina struktur yang dibuat dari diri mereka sendiri. Dalam eksperimen berikutnya, menara semut dibina berkisar antara 0.28 hingga 1.18 inci (7 hingga 30 milimeter) tinggi dan dibina dalam masa 17 hingga 33 minit. Para penyelidik menyatakan bahawa menara seperti itu mungkin mengambil bentuk loceng kerana dalam bentuk itu, setiap komponen menanggung beban yang sama.
Pada kelajuan tinggi, para penyelidik dapat melihat bahawa menara sentiasa tenggelam, seperti semut di dalam terowongan struktur jauh dari tumpukan serangga di sekelilingnya. Walau bagaimanapun, strukturnya terus dibina semula, kerana semut-semut melancarkan tepi menara.
"Saya amat terkejut bahawa menara semut sentiasa tenggelam dan dibina semula," kata Tovey. "Saya fikir semut-semut berhenti membina sebaik sahaja menara selesai. Bentuknya tetap sama - siapa yang akan merasakan bahawa semut beredar melalui struktur tidak berubah?"
Pembinaan tanpa tujuan
Untuk mengesahkan penemuan mereka, para penyelidik bercampur sedikit pewarna berasaskan iodin radioaktif ke dalam air minuman beberapa serangga dan kemudian meletakkan koloni di mesin sinar-X untuk memantau motions semut. "Dalam masa nyata, semut permukaan menghalang pandangan," kata Tovey. "Selain itu, tenggelam terlalu lambat untuk mengesan."
Dengan menempatkan kepingan plastik yang lebih telus di atas semut, saintis mendapati bahawa setiap serangga, yang rata-rata seberat kira-kira 1 miligram, boleh menyokong sehingga kira-kira 750 kali ganda beratnya dan hidup untuk menceritakan kisah tersebut. Walau bagaimanapun, percubaan juga mencadangkan bahawa di dalam menara, setiap semut nampaknya berasa paling selesa menyokong sehingga tiga semut di belakang - lagi, dan mereka hanya menyerah dan berjalan pergi, kata Tovey.
Para penyelidik menyatakan bahawa struktur ini dibina tanpa usaha atau usaha yang diselaraskan. Sebaliknya, setiap semut hanya berjalan tanpa tujuan, mengikuti satu set peraturan yang dapat membantu membina menara. Model komputasi yang dibangunkan para penyelidik dapat meramalkan bentuk menara dan kadar pertumbuhan yang tepat, kata kajian itu.
"Untuk membina struktur berbentuk menara Eiffel yang tinggi, pepejal, semut seolah-olah mengikuti peraturan tingkah laku mudah yang sama yang mereka ikuti untuk membina rakit terapung berbentuk pancake di atas air," kata Tovey. "Adalah luar biasa bahawa dua bentuk besar-besaran yang dibentuk oleh kumpulan semut adalah berbeza secara dramatik dan mencapai fungsi yang berbeza, namun muncul dari tingkah laku individu berskala kecil yang sama."
Para penyelidik kini mahu menganalisis "jambatan semut kebakaran yang keluar dari badan mereka untuk melepasi jurang dalam rupa bumi," kata Tovey. "Mereka sangat mengagumkan, yang di depan memegang satu sama lain, menjejak ke bawah dan ke luar ke arah yang lain, dan cengkeram dengan kuat pada setiap hujungnya dan seluruh semut berjalan melintasi jambatan, kemudian, semut yang menyusun jembatan itu menyusun semula ia bermula dari sisi pertama, jadi pada akhirnya, semua semut telah sampai ke sisi lain. "
Penyelidikan sedemikian boleh membantu memberi inspirasi kepada penciptaan kumpulan robot yang boleh membina struktur kompleks dari badan mereka, kata Tovey.
"Para penyelidik robot telah berjaya mendapatkan armada robot untuk membentuk corak dua dimensi seperti segi empat tepat, tetapi mereka tidak tahu cara untuk mendapatkan robot untuk membentuk struktur tiga dimensi yang stabil," kata Tovey. "Penyelidikan ini mungkin menunjukkan cara untuk melakukannya.
"Sebagai contoh, katakan kami menghantar beberapa ratus robot kecil melalui pembukaan kecil ke bangunan runtuh untuk mencari mangsa yang selamat, atau untuk meneroka rupa bumi yang tidak diketahui di Marikh," kata Tovey. "Kadang-kadang, robot perlu bekerjasama untuk menyebarkan celah-celah atau memanjat halangan yang curam. Pada masa-masa lain, mereka perlu tersebar. Penyelidikan ini boleh membantu kita memahami bagaimana mereka bentuk pengawal individu mereka supaya mereka boleh melakukan tugas yang berbeza dalam situasi yang berbeza . "
Namun, ia mungkin membuktikan robot yang sukar dibuat yang boleh dilakukan oleh semut yang boleh dilakukan, katanya. "Berulang kali menjatuhkan seekor semut dari 6 kaki, dan ia tidak akan cedera. Jatuhkan robot dari 6 kaki seratus kali dan nasib baik," kata Tovey.
Para saintis mendedahkan penemuan mereka dalam talian pada 12 Julai dalam jurnal Royal Society Open Science.
