Một con kiến lửa có thể xây dựng những cái nhìn thu nhỏ của tháp Eiffel từ chính cơ thể của chúng và những con côn trùng không ngừng xây dựng lại các cấu trúc để cứu chúng khỏi sụp đổ, một nghiên cứu mới cho thấy.
Các nhà nghiên cứu cho biết, những con côn trùng bò lên và xuống các cấu trúc này trong một hiện tượng giống như một đài phun nước chuyển động chậm theo chiều ngược lại, các nhà nghiên cứu cho biết.
Các nhà khoa học cho biết, phát hiện của nghiên cứu mới có thể giúp dẫn đến một loạt các robot có thể sử dụng cơ thể của chính chúng để tạo thành các cấu trúc 3D phức tạp.
Xây dựng bè
Kiến lửa (Solenopsis invicta) phát triển ở vùng đất ngập nước Pantanal của Brazil. Năm 2011, Craig Tovey, một nhà sinh vật học tại Viện Công nghệ Georgia ở Atlanta, và các đồng nghiệp của ông đã phát hiện ra cách mà các thuộc địa của những loài côn trùng này có thể tự định hình thành bè có thể tồn tại trong nhiều tháng.
Kiến lửa có thể sử dụng các miếng dính ở hai chân để liên kết với nhau và tạo thành một chiếc bè hình bánh kếp. Nghiên cứu năm 2011 cho thấy mỗi bộ xương của kiến có thể bẫy bọt khí và trở nên không thấm nước. Dệt một thuộc địa với nhau dẫn đến một hiệu ứng chống thấm mạnh mẽ hơn giữ cho bè khô trong khi nổi trong nước.
Nếu những con kiến tìm thấy những điểm tối ưu để định cư, chúng có thể tạo thành những tòa tháp hình chuông hoạt động như những nơi trú ẩn tạm thời trong hậu quả của lũ lụt. Những cấu trúc này có thể bao gồm hàng trăm ngàn con kiến và đạt hơn 30 con kiến; Cho đến nay, điều bí ẩn là làm thế nào kiến có thể xây dựng các cấu trúc cao như vậy từ cơ thể của chúng mà không bị nghiền nát, các nhà nghiên cứu cho biết trong nghiên cứu mới.
Tháp chìm
Tovey và các đồng nghiệp của ông đã vô tình tìm thấy bí mật cho các cấu trúc cao trong khi họ đang thử nghiệm các đàn kiến lửa tập trung từ các con đường gần Atlanta. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện khám phá khi "chúng tôi vô tình để máy quay video chạy thêm một giờ sau khi lũ kiến xây xong tòa tháp của chúng", Tovey nói với Live Science.
Để tạo ra những con kiến để xây dựng các tòa tháp, các nhà nghiên cứu đã đặt chúng vào những chiếc hộp trong suốt có những thanh nhựa dính trên sàn nhà. Những chiếc gậy này đóng vai trò là chỗ dựa cho kiến mà kiến có thể tự xây dựng các cấu trúc. Trong các thí nghiệm tiếp theo, các tòa tháp mà kiến xây dựng có chiều cao từ 0,28 đến 1,18 inch (7 đến 30 mm) và được xây dựng trong vòng 17 đến 33 phút. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng những tòa tháp như vậy có khả năng mang hình dạng chuông bởi vì ở dạng đó, mỗi thành phần chịu tải trọng bằng nhau.
Ở tốc độ cao, các nhà nghiên cứu có thể thấy rằng các tòa tháp liên tục bị chìm, vì những con kiến trong độ sâu của các cấu trúc đường hầm cách xa đống côn trùng xung quanh chúng. Tuy nhiên, các cấu trúc liên tục được xây dựng lại, khi những con kiến chạy dọc hai bên tháp.
"Tôi rất ngạc nhiên khi tháp kiến liên tục chìm xuống và được xây dựng lại," Tovey nói. "Tôi nghĩ rằng những con kiến đã ngừng xây dựng khi tòa tháp hoàn thành. Hình dạng vẫn như cũ - ai sẽ đoán rằng những con kiến lưu thông qua một cấu trúc không thay đổi?"
Xây dựng không mục đích
Để xác nhận phát hiện của họ, các nhà nghiên cứu đã trộn một loại thuốc nhuộm i-ốt phóng xạ nhẹ vào nước uống của một số côn trùng và sau đó đưa khuẩn lạc vào máy X-quang để theo dõi chuyển động của kiến. "Trong thời gian thực, những con kiến bề mặt chặn tầm nhìn," Tovey nói. "Hơn nữa, vụ chìm quá chậm để phát hiện."
Bằng cách đặt các tấm nhựa trong suốt lên trên con kiến, các nhà khoa học phát hiện ra rằng mỗi con côn trùng, trung bình nặng khoảng 1 miligam, có thể hỗ trợ gấp khoảng 750 lần trọng lượng của nó và sống để kể câu chuyện. Tuy nhiên, các thí nghiệm cũng cho rằng trong các tòa tháp, mỗi con kiến dường như cảm thấy thoải mái nhất khi hỗ trợ tới ba con kiến trên lưng - bất kỳ, và chúng chỉ đơn giản bỏ cuộc và bỏ đi, Tovey nói.
Các nhà nghiên cứu lưu ý các cấu trúc này được xây dựng mà không có người lãnh đạo hoặc nỗ lực phối hợp. Thay vào đó, mỗi con kiến chỉ lang thang vô định, tuân theo một bộ quy tắc nhất định có thể giúp nó xây dựng các tòa tháp. Các mô hình tính toán mà các nhà nghiên cứu phát triển có thể dự đoán chính xác hình dạng tháp và tốc độ tăng trưởng, nghiên cứu cho biết.
"Để xây dựng cấu trúc cao, rắn chắc, hình tháp Eiffel, những con kiến dường như tuân theo các quy tắc hành vi đơn giản giống như chúng tuân theo để xây dựng một chiếc bè nổi hình bánh kếp trên mặt nước", Tovey nói. "Điều đáng chú ý là hai hình dạng quy mô lớn được hình thành bởi nhóm kiến khác nhau đáng kể và đạt được các chức năng khác nhau, nhưng xuất hiện từ cùng một hành vi cá nhân quy mô nhỏ."
Các nhà nghiên cứu hiện muốn phân tích "những cây cầu mà kiến lửa tạo ra từ cơ thể của chúng để vượt qua những khoảng trống trên địa hình", Tovey nói. "Chúng thật đáng kinh ngạc. Những con ở phía trước giữ nhau, lủng lẳng xuống phía bên kia và nắm chặt ở hai đầu. Những con kiến còn lại đi qua cây cầu. Sau đó, những con kiến tạo nên cây cầu sẽ bắt đầu từ phía đầu tiên, nên cuối cùng, tất cả những con kiến đã đến được phía bên kia. "
Nghiên cứu như vậy có thể giúp truyền cảm hứng cho việc tạo ra một bầy robot có thể xây dựng các cấu trúc phức tạp từ cơ thể của chúng, Tovey nói.
"Các nhà nghiên cứu Robotics đã có một số thành công khi đưa một đội robot tạo thành mô hình hai chiều giống như một hình chữ nhật, nhưng họ chưa tìm ra cách để robot tạo thành cấu trúc ba chiều ổn định", Tovey nói. "Nghiên cứu này có thể cho thấy làm thế nào để làm điều đó.
"Ví dụ, giả sử chúng tôi gửi hàng trăm robot nhỏ qua một lỗ nhỏ vào tòa nhà bị sập để tìm kiếm người sống sót hoặc khám phá địa hình không xác định trên Sao Hỏa", Tovey nói. "Đôi khi, các robot sẽ phải làm việc cùng nhau để vượt qua các kẽ hở hoặc trèo qua các chướng ngại vật dốc. Vào những lúc khác, chúng nên lan rộng ra. Nghiên cứu này có thể giúp chúng tôi hiểu cách thiết kế các bộ điều khiển riêng lẻ để chúng có thể hợp tác hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau trong các tình huống khác nhau . "
Tuy nhiên, nó có thể chứng minh những robot khó tạo ra có thể làm mọi thứ mà kiến có thể làm, ông nói. "Liên tục thả một con kiến từ 6 feet và nó sẽ không bị thương. Thả robot từ 6 feet một trăm lần và chúc may mắn", Tovey nói.
Các nhà khoa học chi tiết phát hiện của họ trực tuyến ngày 12 tháng 7 trên tạp chí Royal Society Open Science.
