Если вы хотите увидеть Эйфелеву башню, вам не обязательно ехать в Париж. Просто смотри себе под ноги, но следи за своим шагом.
Огненные муравьи используют свои тела для строительства сооружений, похожих на Эйфелеву башню, когда они сталкиваются с высоким препятствием в поисках пищи или убегают в новые районы. Новое исследование Технологического института Джорджии предполагает, что они строят эти структуры без лидера или скоординированных усилий. Каждый муравей бесцельно бродит, придерживаясь определенного набора правил, пока, сам того не ведая, не участвует в строительстве башни высотой в несколько дюймов.
«Если вы наблюдали за муравьями в течение 30 секунд, вы не могли представить, что что-то чудесное будет создано за 20 минут», - сказал Дэвид Ху, профессор машиностроения Технологического института Джорджии, один из руководителей исследования. «Без планирования и методом проб и ошибок они создают колоколообразную структуру, которая помогает им выжить».
Исследование башни является продолжением исследования группы муравьиных плотов 2014 года, в ходе которого изучалось, как насекомые связывают свои тела, чтобы строить водонепроницаемые конструкции, которые остаются на плаву в течение нескольких месяцев. Муравьи маршируют, пока не дойдут до открытого пространства - края плота, - а затем оседают, чтобы стать строительным блоком плота.
То же самое они делают с башнями, выискивая свободное место, как машина на переполненной стоянке. Как только отдельный муравей находит его, как правило, на вершине башни, он останавливается и готовится к тому, чтобы другие муравьи забрались на вершину и пошли вертикально.
Но вертикаль - понятие относительное. Муравьи не располагаются прямо вверх и вниз, как небоскреб. Вместо этого башня становится шире по мере роста, постепенно приобретая ту же форму, что и культовая достопримечательность Парижа. Вес башни поддерживается более широким поперечным сечением в основании, что позволяет муравьям лучше распределять свой вес.
«Мы обнаружили, что муравьи могут без травм выдерживать вес, в 750 раз превышающий их собственное тело, но, кажется, им удобнее всего поддерживать трех муравьев на спине», - сказал Крейг Тови, соавтор исследования и профессор из Джорджии. Технологическая школа промышленной и системной инженерии Стюарта. «Больше трех, и они просто сдадутся, разорвут свои объятия и уйдут».
Несмотря на то, что муравьи равномерно распределяют свой вес как группа, башня находится в постоянном движении. Колонка тонет, когда насекомые работают, как будто дно плавится, как масло. Муравьи соскальзывают вниз, а затем выходят из туннелей, прорытых в базе. Движение башни похоже на шоколадный фонтан в замедленной съемке в обратном направлении.
Затонувшие башни были обнаружены случайно. Исследователи планировали записывать строительство муравьев в течение двух часов, но камера протянула три часа.
"Мы не ожидали увидеть что-то интересное за этот дополнительный час, поэтому мы ускорили видео до 10-кратной реальной скорости", - сказал Тови. «Мы были поражены тем, насколько по-разному выглядели движения муравьев».
В режиме реального времени они видели, как муравьи деловито передвигаются по поверхности башни из явно неподвижных муравьев. Однако на высокой скорости движения муравьев на поверхности казались размытыми, и вся башня соскальзывала вниз.
"Башня опускалась слишком медленно, чтобы увидеть ее на реальной скорости", - сказал Тови.
Затопление было подтверждено рентгеновской видеосъемкой. Исследователи накормили некоторых муравьев радиоактивной пищей, а затем бросили колонию в рентгеновский аппарат через кампус в физической лаборатории профессора Дэна Голдмана. Камеры снова зафиксировали, как твари строят башню. Используя покадровую съемку, они наблюдали, как радиоактивные насекомые поднимаются по стенам, постепенно погружаются в глубины башни, покидают кучу, а затем непрерывно повторяют этот процесс в течение нескольких часов.
«Муравьиные башни похожи на человеческую кожу», - сказал Ху, который также является преподавателем Школы биологических наук. «Башня постоянно перестраивается и заменяет свою поверхность».
Выводы, опубликованные в журнале Royal Society Open Science, могут иметь значение для модульных роботов, которые в настоящее время не очень эффективны при строительстве высоких башен.
Тови, который также является биологом, изучает поведение муравьев по другой причине.
«Девяносто девять процентов всех видов, когда-либо живших на Земле, вымерли», - сказал Тови. «Остальные из нас разработали очень эффективные методы выживания. Почему бы нам не изучить эти процессы? Инженеры и ученые не всегда знают, к чему приведут наши открытия, но биоинспирированный дизайн может стать мощным инструментом, который сделает наш мир более эффективный."
Статья «Огненные муравьи постоянно восстанавливают тонущие башни» была опубликована 11 июля.