cómo la asombrosa tecnología de las hormigas puede convertirnos en creadores más inteligentes

Hormigas del ejércitoEciton burchellii) son conocidos por sus enormes incursiones de forrajes. Cientos de miles de hormigas fluyen como un río desde su lugar de anidación y deambulan por la jungla mientras cazan algo de lo que el enjambre no puede escapar.

Estas redadas son enormes esfuerzos. Una sola incursión puede tener 20 metros de ancho por 100 metros de largo, contener más de 200,000 hormigas, correr a velocidades de 13 centímetros por segundo y recolectar hasta 3,000 presas por hora.

Para que el tráfico fluya de manera eficiente, las hormigas armadas construyen carreteras y puentes a lo largo del áspero suelo del bosque. Estas estructuras están hechas completamente de hormigas obreras que conectan sus cuerpos.

Como estos diminutos ciego Las hormigas logran coordinar estas construcciones dinámicas, pero esto es en gran parte desconocido, pero un nuevo estudio nos acerca a la respuesta.

La investigación, publicada hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences, describe por primera vez un tipo de estructura de hormigas autoensamblada llamada “andamio”.

Además, se presenta un modelo matemático para la formación de andamios, que puede afectar a diversas áreas de la ingeniería.

Andamios para la seguridad de las hormigas armadas

Las investigaciones muestran que los andamios actúan como una red de seguridad para las hormigas que buscan comida. Evitan que las hormigas corredoras se resbalen y caigan cuando su camino es sobre un terreno empinado.

Los andamios de hormigas del ejército forman una pared (Chris R Reid)

Los autores rastrearon los bosques de Panamá para encontrar enjambres de hormigas, luego redirigieron sus huellas a lo largo de una plataforma que podía inclinarse desde una posición horizontal entre 20 y 90 grados.

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Las hormigas rara vez formaban andamios en pendientes de menos de 40 grados, mientras que las pendientes más pronunciadas resultaban en estructuras más grandes y de crecimiento más rápido. También era más probable que se construyeran andamios cuando muchos trabajadores transportaban presas pesadas.

Y una vez que los andamios estuvieran en su lugar, la cantidad de hormigas que caían disminuiría a casi cero, incluso sobre una superficie vertical.

Andamio de hormigas del ejército en un camino empinado (Simon Garnier)

Increíbles arquitectos autoorganizados

Las hormigas dominan la arquitectura colectiva. Está documentado que varias especies se ensamblan en estructuras funcionales para hacer frente a los desafíos en sus hábitats.

Por ejemplo hormigas tejedoras (del género) Oecophylla) se alinean en equipos para formar “cadenas de tracción” que sirven como cabrestantes vivientes para doblar las hojas juntas mientras construyen sus nidos en las copas de los árboles.

Las hormigas tejedoras forman cadenas de tracción para hacer rodar una hoja para anidar (Chris R Reid)

Colonias enteras de hormigas rojas (Solenopsis invictaPara escapar de las inundaciones, cree balsas flotantes que puedan navegar durante varios días hasta que el agua retroceda y la colonia pueda aterrizar con seguridad en tierra.

Hormigas del ejército (del género Eciton) han dominado esta habilidad y la han expandido a casi todos los aspectos de su biología. Las hormigas del ejército pueden formar cientos de tapones de baches en un solo ataque de búsqueda de alimento.

Sus puentes, que se extienden sobre varios cuerpos de hormigas, facilitan el paso sobre el suelo irregular de las selvas tropicales de América Central y del Sur. Al final de cada día, toda la colonia se reúne en un enorme nido colgante conocido como “vivac”.

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Un vivac que será desmantelado durante la emigración.
Chris R. Reid

El estudio, publicado hoy, agrega “andamios” a la lista existente de estructuras construidas por hormigas armadas para mantener su estilo de vida acelerado.

La autoorganización en estructuras que son órdenes de magnitud más grandes que un individuo requiere un grado extremo de coordinación.

Sorprendentemente, esto se logra sin ejecutivos ni planos externos. Cada individuo solo puede reaccionar a las interacciones locales con sus vecinos y los cambios en el medio ambiente.

Descubrir cómo estas interacciones uno a uno entre individuos conducen a formaciones grupales complejas es un desafío para los biólogos y una oportunidad de oro para los ingenieros.



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Trabaja en ti mismo por el bien del equipo

Los científicos tienen un nombre para cuando los animales relativamente simples muestran un comportamiento sofisticado a nivel de grupo: “emergencia”.

Tome las fascinantes olas que fluyen a través de grupos de estorninos mientras esquivan a los depredadores en el aire, o las olas de escape ultrarrápidas que se ven en los bancos de peces. Tal coordinación fue una vez pensado ser el resultado de la comunicación telepática entre los miembros del grupo.

Una cadena de tiro de hormiga tejedora.
Chris R. Reid

Los científicos ahora saben que las interacciones simples uno a uno pueden sumar más que la suma de sus partes, lo que explica mucho sobre los patrones a nivel de grupo. Sin embargo, aún debe comprender completamente cómo se combina y filtra la información a nivel individual para obtener una respuesta a nivel de grupo.

La investigación reciente sobre los andamios de hormigas del ejército proporciona una nueva perspectiva sobre el tema mediante el desarrollo de un modelo teórico de construcción de andamios que se centra en un mecanismo simple.

Esto significa que las hormigas pueden sentir cuánto se deslizan y es más probable que se detengan y se unan a los andamios cuando su velocidad de deslizamiento es alta.

Las hormigas no tienen que comunicarse entre sí ni juzgar el tamaño de la estructura. Las características del grupo se modifican simplemente por el hecho de que las personas reconocen y corrigen sus propios errores.

Aplicaciones futuras

La capacidad de formar estructuras complejas y adaptativas con un mínimo de adquisición y procesamiento de información es extremadamente valiosa para muchas áreas técnicas.

Podría ayudar en la producción rápida de productos biológicos (biofabricación), desarrollar materiales autocurativos como metales o plásticos que se reparan a sí mismos cuando se dañan y en robótica de enjambres.

Las hormigas tejedoras forman una cadena colgante.
Daniele Carlesso

Por ejemplo, un enjambre de robots simples, baratos y en gran parte prescindibles podría utilizarse para explorar de forma autónoma entornos peligrosos como las zonas de desastre.

El enjambre podría autoensamblarse en estructuras que podrían ayudar a llenar grandes huecos o sostener un edificio en ruinas, mientras localiza y rescata a los sobrevivientes.

Es fundamental que estas habilidades no tengan que programarse explícitamente en el repertorio de comportamiento de los robots.

Más bien, las habilidades “emergerían” de reglas simples de cómo los robots deberían interactuar entre sí, de modo que el enjambre pueda adaptarse a nuevos entornos como nunca antes.



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