Les fourmis de feu peuvent construire des sosies miniatures de la Tour Eiffel à partir de leur propre corps, et les insectes reconstruisent perpétuellement les structures pour les empêcher de s'effondrer, selon une nouvelle étude.
Les insectes rampent de haut en bas de ces structures dans un phénomène qui ressemble à une fontaine d'eau au ralenti en sens inverse, selon les chercheurs.
Les résultats de la nouvelle étude pourraient aider à conduire à des essaims de robots qui peuvent utiliser leur propre corps pour former des structures 3D complexes, ont ajouté les scientifiques.
Construction de radeaux
Fourmis rouges (Solenopsis invicta) a évolué dans les zones humides du Pantanal au Brésil. En 2011, Craig Tovey, biologiste au Georgia Institute of Technology d'Atlanta, et ses collègues ont découvert la façon dont les colonies de ces insectes peuvent se transformer en radeaux qui peuvent rester à flot pendant des mois.
Les fourmis de feu peuvent utiliser des coussinets collants aux extrémités de leurs pieds pour se lier les uns aux autres et former un radeau en forme de crêpe. L'étude de 2011 a révélé que l'exosquelette de chaque fourmi peut piéger les bulles d'air et devenir légèrement hydrofuge. Tisser une colonie ensemble conduit à un effet d'imperméabilisation plus puissant qui maintient le radeau au sec tout en flottant dans l'eau.
Si les radeaux de fourmis trouvent des endroits optimaux pour s'installer, ils peuvent former des tours en forme de cloche qui servent d'abris temporaires après les inondations. Ces structures peuvent chacune comprendre des centaines de milliers de fourmis et atteindre plus de 30 fourmis de haut; Jusqu'à présent, la façon dont les fourmis pouvaient construire de telles structures à partir de leur propre corps sans se faire écraser était un mystère, ont déclaré les chercheurs dans la nouvelle étude.
Tours coulantes
Tovey et ses collègues ont accidentellement trouvé le secret des hautes structures alors qu'ils expérimentaient avec des colonies de fourmis de feu rassemblées au bord des routes près d'Atlanta. Les chercheurs ont fait la découverte lorsque "nous avons accidentellement laissé la caméra vidéo en marche pendant une heure supplémentaire après que les fourmis ont fini de construire leur tour", a déclaré Tovey à Live Science.
Pour inciter les fourmis à construire des tours, les chercheurs les ont placées dans des boîtes transparentes avec des tiges en plastique qui dépassaient de leurs planchers. Ces tiges servaient de supports sur lesquels les fourmis pouvaient construire des structures faites d'elles-mêmes. Dans les expériences ultérieures, les tours construites par les fourmis variaient de 0,28 à 1,18 pouces (7 à 30 millimètres) de haut et ont été construites en 17 à 33 minutes. Les chercheurs ont noté que ces tours ont probablement pris la forme d'une cloche car sous cette forme, chaque composant porte une charge égale.
À grande vitesse, les chercheurs ont pu constater que les tours coulent constamment, alors que les fourmis dans les profondeurs des structures s'éloignent des tas d'insectes qui les entourent. Cependant, les structures sont constamment reconstruites, car les fourmis se précipitent sur les côtés des tours.
"J'ai été très surpris que la tour à fourmis coule et se reconstruise perpétuellement", a déclaré Tovey. "Je pensais que les fourmis avaient cessé de se construire une fois la tour terminée. La forme reste la même - qui devinerait que les fourmis circulent à travers une structure immuable?"
Construction sans but
Pour confirmer leurs conclusions, les chercheurs ont mélangé un colorant à base d'iode légèrement radioactif dans l'eau potable de certains insectes, puis ont placé la colonie dans une machine à rayons X pour surveiller les mouvements des fourmis. "En temps réel, les fourmis de surface bloquent la vue", a expliqué Tovey. "De plus, le naufrage est trop lent à détecter."
En plaçant des feuilles de plastique transparentes sur les fourmis, les scientifiques ont découvert que chaque insecte, qui pèse en moyenne environ 1 milligramme, peut supporter jusqu'à environ 750 fois son poids et vivre pour raconter l'histoire. Cependant, les expériences ont également suggéré que dans les tours, chaque fourmi semble se sentir plus à l'aise de soutenir jusqu'à trois fourmis sur son dos - plus, et elles abandonnent simplement et s'éloignent, a déclaré Tovey.
Les chercheurs ont noté que ces structures ont été construites sans leader ni effort coordonné. Au lieu de cela, chaque fourmi a simplement erré sans but, en suivant un certain ensemble de règles qui pourraient l'aider à construire des tours. Les modèles informatiques développés par les chercheurs pourraient prédire avec précision les formes des tours et les taux de croissance, selon l'étude.
"Pour construire leur structure haute et solide en forme de tour Eiffel, les fourmis semblent suivre les mêmes règles de comportement simples qu'elles suivent pour construire un radeau flottant en forme de crêpe sur l'eau", a déclaré Tovey. "Il est remarquable que les deux formes à grande échelle formées par le groupe de fourmis soient radicalement différentes et remplissent des fonctions différentes, tout en émergent des mêmes comportements individuels à petite échelle."
Les chercheurs veulent maintenant analyser "les ponts que les fourmis de feu font de leur corps pour traverser les lacunes du terrain", a déclaré Tovey. "Ils sont incroyables. Ceux qui sont devant se tiennent, se balancent vers le bas et vers l'extérieur de l'autre côté, et agrippent fermement à chaque extrémité. Le reste des fourmis traversent le pont. Ensuite, les fourmis qui composent le pont le déconstruisent en commençant du premier côté, donc à la fin, toutes les fourmis ont atteint l'autre côté. "
De telles recherches pourraient aider à inspirer la création d'essaims de robots qui pourraient construire des structures complexes à partir de leur corps, a déclaré Tovey.
"Les chercheurs en robotique ont réussi à obtenir une flotte de robots pour former un motif bidimensionnel comme un rectangle, mais ils n'ont pas compris comment obtenir des robots pour former une structure tridimensionnelle stable", a déclaré Tovey. "Cette recherche peut montrer comment procéder.
"Par exemple, supposons que nous envoyions plusieurs centaines de petits robots à travers une petite ouverture dans un bâtiment effondré pour rechercher des survivants ou pour explorer un terrain inconnu sur Mars", a déclaré Tovey. "Parfois, les robots devront travailler ensemble pour traverser des crevasses ou grimper sur des obstacles raides. À d'autres moments, ils devraient s'étaler. Cette recherche peut nous aider à comprendre comment concevoir leurs contrôleurs individuels afin qu'ils puissent accomplir en coopération différentes tâches dans différentes situations. . "
Pourtant, il peut s'avérer difficile de créer des robots capables de faire tout ce que les fourmis peuvent faire, a-t-il déclaré. "Laissez tomber une fourmi à plusieurs reprises de 6 pieds, et elle ne sera pas blessée. Lâchez un robot de 6 pieds cent fois et bonne chance", a déclaré Tovey.
Les scientifiques ont détaillé leurs résultats en ligne le 12 juillet dans la revue Royal Society Open Science.
