Нове дослідження пояснює, як мурашиний плот здатний трансформуватися: стискатися, розширюватися або виростати в довгі хоботоподібні виступи. Висновки вчених можуть допомогти розробити роботів, які будуть працювати разом у “роях”, або матеріали наступного покоління, в яких молекули мігрують, щоб виправити дефекти.
“Витоки такої поведінки досить просто пояснити. Самотні мурахи не такі розумні, як можна подумати, але разом вони стають дуже розумними і стійкими спільнотами», — розповів Франк Вернері, автор нового дослідження і професор кафедри машинобудування Університету Колорадо.
Вогненні мурахи (Solenopsis invicta) утворюють гігантські плаваючі згустки звивистих комах після штормів на південному сході США, щоб вижити в бурхливій воді.
У своєму дослідженні Вернері та провідний автор Роберт Вагнер використовували математичні симуляції та моделі, щоб спробувати з’ясувати механізм, що лежить в основі цих «рятувальних шлюпок». Вони виявили, наприклад, що чим швидше рухаються мурахи на плоту, тим більше ці плоти будуть розширюватися назовні, часто утворюючи довгі виступи.
“По суті, така поведінка може відбуватися спонтанно. Не обов’язково, щоб мурахи підпорядковувалися якому-небудь централізованому рішенню», — зазначив Вагнер.
Вернері і Вагнер кинули тисячі вогняних мурах в ємність з водою з пластиковим стрижнем посередині, що імітує самотній очерет посеред бурхливих вод.
“Ми залишили їх там на 8 годин, щоб спостерігати за довгостроковою еволюцією цих плотів. У підсумку ми побачили, що плоти почали формувати своєрідні нарости», — розповів Вагнер.
Замість того, щоб зберігати ту ж форму, з часом структури стискалися і стягувалися, утворюючи щільні кола мурах. В інших випадках комахи розліталися віялом, як тісто для млинців на сковороді.
Вчені розповіли, що мурахи, мабуть, модулюють ці зміни форми за допомогою процесу так званої “бігової доріжки”. Як пояснив Вагнер, кожен мурашиний пліт складається з двох шарів. На дні можна знайти “структурних” мурах, які міцно чіпляються один за одного і складають основу. Над ними знаходиться другий шар мурах, які вільно ходять поверх своїх побратимів по колонії.
Протягом декількох годин мурахи з дна можуть переповзти наверх, в той час, як вільно блукаючі мурахи опустяться вниз, щоб стати частиною структурного шару.
“Все це схоже на бігову доріжку у формі пончика», – сказав Вагнер.
У новому дослідженні він і Вернері хотіли з’ясувати, що змушує обертатися бігову доріжку.
Для цього команда створила серію моделей, які, по суті, перетворили мурашиний пліт в складну гру в шашки. Дослідники запрограмували приблизно 2000 круглих частинок, або “агентів”, які замінювали мурах. Ці агенти не могли приймати рішення за себе, але вони слідували простому набору правил: фальшиві мурахи, наприклад, не любили натикатися на своїх сусідів і намагалися не падати у воду.
Вагнер і Вернері виявили, що їх імітовані мурашині плоти поводяться дуже схоже на справжні. Зокрема, команда змогла налаштувати активність агентів у своїх симуляціях: чи були окремі мурахи повільними і ледачими, або навпаки — енергійними і рухливими? Чим більше мурахи пересувалися, тим більше виникала ймовірність того, що вони утворили довгі відростки, які стирчали з плоту — трохи схоже на те, як люди прямують до виходу на переповненому стадіоні.
Вагнер підозрює, що вогняні мурахи використовують ці розширення, щоб обмацувати навколишнє середовище в пошуках колод або інших ділянок суші.
Дослідникам ще багато чого належить дізнатися про мурашині плоти: наприклад, що змушує мурах в реальному світі перемикатися зі статечних на ледачих? Але поки Вернері каже, що інженери можуть дечому навчитися у вогненних мурах.
“Наша робота над вогняними мурахами, сподіваюся, допоможе нам зрозуміти, як можна запрограмувати прості правила, наприклад, за допомогою алгоритмів, що визначають, як роботи взаємодіють з іншими, для досягнення цілеспрямованої і розумної реакції роя”, – сказав він.