As formigas de fogo podem construir miniaturas parecidas com a Torre Eiffel a partir de seus próprios corpos, e os insetos reconstroem perpetuamente as estruturas para evitar que desmoronem, segundo um novo estudo.
Os insetos rastejam para cima e para baixo nessas estruturas em um fenômeno que se assemelha a uma fonte de água em câmera lenta ao contrário, disseram os pesquisadores.
A descoberta do novo estudo pode ajudar a levar a enxames de robôs que podem usar seus próprios corpos para formar estruturas 3D complexas, acrescentaram os cientistas.
Jangadas de construção
Formigas de fogo (Solenopsis invicta) evoluiu nas áreas úmidas do Pantanal no Brasil. Em 2011, Craig Tovey, biólogo do Instituto de Tecnologia da Geórgia em Atlanta, e seus colegas descobriram a maneira pela qual colônias desses insetos podem se transformar em balsas que podem permanecer flutuando por meses.
As formigas de fogo podem usar almofadas adesivas nas extremidades dos pés para se conectarem e formarem uma balsa em forma de panqueca. O estudo de 2011 descobriu que o exoesqueleto de cada formiga pode reter bolhas de ar e tornar-se um pouco repelente à água. A tecelagem de uma colônia leva a um efeito de impermeabilização mais poderoso que mantém a balsa seca enquanto está flutuando na água.
Se as balsas encontrarem locais ideais para se estabelecer, elas podem formar torres em forma de sino que agem como abrigos temporários após as inundações. Essas estruturas podem consistir em centenas de milhares de formigas e atingir mais de 30 formigas; até agora, era um mistério como as formigas podiam construir estruturas tão altas a partir de seus próprios corpos sem serem esmagadas, disseram os pesquisadores no novo estudo.
Torres afundando
Tovey e seus colegas acidentalmente descobriram o segredo das estruturas altas enquanto experimentavam colônias de formigas de fogo reunidas nas margens de estradas próximas a Atlanta. Os pesquisadores fizeram a descoberta quando "acidentalmente deixamos a câmera de vídeo em funcionamento por mais uma hora depois que as formigas terminaram de construir sua torre", disse Tovey à Live Science.
Para induzir as formigas a construir torres, os pesquisadores as colocaram em caixas transparentes com hastes de plástico penduradas no chão. Essas varas serviam de suporte sobre o qual as formigas podiam construir estruturas feitas por elas mesmas. Em experimentos subsequentes, as torres construídas pelas formigas variaram de 0,28 a 1,18 polegadas (7 a 30 milímetros) de altura e foram construídas em 17 a 33 minutos. Os pesquisadores observaram que essas torres provavelmente assumiram a forma de sino, porque nessa forma, cada componente carrega uma carga igual.
Em alta velocidade, os pesquisadores puderam ver que as torres estão afundando constantemente, à medida que as formigas nas profundezas das estruturas escavam para longe das pilhas de insetos ao seu redor. No entanto, as estruturas são constantemente reconstruídas, à medida que as formigas correm pelas laterais das torres.
"Fiquei surpreso ao ver que a torre de formigas afunda perpetuamente e é reconstruída", disse Tovey. "Pensei que as formigas parassem de se construir depois que a torre estivesse completa. A forma permanece a mesma - quem imaginaria que as formigas circulam por uma estrutura imutável?"
Construção sem objetivo
Para confirmar suas descobertas, os pesquisadores misturaram um corante levemente radioativo à base de iodo na água potável de alguns insetos e depois colocaram a colônia em uma máquina de raios-X para monitorar os movimentos das formigas. "Em tempo real, as formigas da superfície bloqueiam a vista", disse Tovey. "Além disso, o naufrágio é muito lento para ser detectado".
Ao colocar folhas transparentes de plástico sobre as formigas, os cientistas descobriram que cada inseto, que pesa em média 1 miligrama, pode suportar até 750 vezes o seu peso e viver para contar a história. No entanto, os experimentos também sugeriram que, nas torres, cada formiga parece se sentir mais confortável apoiando até três formigas nas costas - e elas simplesmente desistem e vão embora, disse Tovey.
Os pesquisadores observaram que essas estruturas foram construídas sem um líder ou esforço coordenado. Em vez disso, cada formiga vagava sem rumo, seguindo um certo conjunto de regras que poderiam ajudá-lo a construir torres. Os modelos computacionais desenvolvidos pelos pesquisadores poderiam prever com precisão as formas das torres e as taxas de crescimento, segundo o estudo.
"Para construir sua estrutura alta e sólida em forma de torre Eiffel, as formigas parecem seguir as mesmas regras simples de comportamento que seguem para construir uma balsa flutuante em forma de panqueca na água", disse Tovey. "É notável que as duas formas em larga escala formadas pelo grupo de formigas sejam dramaticamente diferentes e alcancem funções diferentes, mas que surjam dos mesmos comportamentos individuais em pequena escala".
Os pesquisadores agora querem analisar "as pontes que as formigas de fogo fazem de seus corpos para atravessar as brechas no terreno", disse Tovey. "Eles são incríveis. Os que estão na frente se abraçam, balançam para baixo e para fora para o outro lado e agarram firmemente em cada extremidade. O resto das formigas atravessa a ponte. Em seguida, as formigas que compõem a ponte a desconstroem começando. do primeiro lado, então no final, todas as formigas chegaram ao outro lado ".
Essas pesquisas podem ajudar a inspirar a criação de enxames de robôs que podem construir estruturas complexas a partir de seus corpos, disse Tovey.
"Os pesquisadores de robótica tiveram algum sucesso em conseguir que uma frota de robôs formasse um padrão bidimensional como um retângulo, mas eles não descobriram como fazer os robôs formarem uma estrutura tridimensional estável", disse Tovey. "Esta pesquisa pode mostrar como fazer isso.
"Por exemplo, suponha que mandemos centenas de pequenos robôs através de uma pequena abertura para um prédio desmoronado para procurar sobreviventes ou explorar terrenos desconhecidos em Marte", disse Tovey. "Às vezes, os robôs precisam trabalhar juntos para atravessar fendas ou ultrapassar obstáculos íngremes. Outras vezes, eles devem se espalhar. Essa pesquisa pode nos ajudar a entender como projetar seus controladores individuais para que eles possam cooperativamente realizar tarefas diferentes em diferentes situações. . "
Ainda assim, pode ser difícil criar robôs capazes de fazer tudo o que as formigas podem fazer, disse ele. "Largue repetidamente uma formiga a um metro e meio e não se machucará. Largue um robô a cem pés e cem vezes e boa sorte", disse Tovey.
Os cientistas detalharam suas descobertas on-line em 12 de julho na revista Royal Society Open Science.
