Brandmyror kan bygga miniatyr look-alikes från Eiffeltornet från sina egna kroppar, och insekterna bygger hela tiden strukturerna för att rädda dem från att kollapsa, konstaterar en ny studie.
Insekterna kryper upp och ner i dessa strukturer i ett fenomen som liknar en långsam rörelse i motsatt riktning, säger forskarna.
Den nya studieens resultat kan hjälpa till att svärma robotar som kan använda sina egna kroppar för att bilda komplexa 3D-strukturer, tilllade forskarna.
Bygga flottar
Eld myror (Solenopsis invicta) utvecklades i Pantanal våtmarker i Brasilien. 2011 upptäckte Craig Tovey, en biolog vid Georgia Institute of Technology i Atlanta, och hans kollegor hur kolonierna av dessa insekter kan forma sig till fläckar som kan förbli flytande i månader.
Eldmyror kan använda klibbiga kuddar i slutet av sina fötter för att länka till varandra och bilda en pannkakeformad flotte. 2011-studien fann att varje myrs exoskelet kan fånga luftbubblor och bli något vattenavvisande. Att väva en koloni tillsammans leder till en kraftfullare tätningseffekt som håller flottan torr medan den är flytande i vattnet.
Om myrflotten hittar optimala platser att slå sig ner kan de bilda klockformade torn som fungerar som tillfälliga skyddsrum efter översvämningarna. Dessa strukturer kan var och en bestå av hundratusentals myror och når mer än 30 myror höga; fram till nu var det ett mysterium hur myror kunde bygga så höga strukturer från sina egna kroppar utan att bli krossade, sade forskarna i den nya studien.
Sjunkande torn
Tovey och hans kollegor hittade av misstag hemligheten för de höga strukturerna medan de experimenterade med eldmyrkolonier samlade från vägarna nära Atlanta. Forskarna gjorde upptäckten när "vi av misstag lämnade videokameran igång i en extra timme efter att myrorna hade slutat bygga sitt torn," berättade Tovey till Live Science.
För att få myrorna att bygga torn placerade forskarna dem i tydliga lådor med plaststänger som stickade upp från sina golv. Dessa stänger tjänade som stöd på vilka myrorna kunde bygga strukturer gjorda av sig själva. I efterföljande experiment låg tornen som myrorna byggde från 0,28 till 1,18 tum (7 till 30 millimeter) höga och byggdes inom 17 till 33 minuter. Forskarna noterade att sådana torn antagligen fick en klockform eftersom i den formen har varje komponent en lika stor belastning.
I hög hastighet kunde forskarna se att tornen sjunker ständigt, eftersom myror i djupet av strukturerna tunnlar bort från högarna med insekter runt dem. Strukturerna byggs emellertid ständigt upp, eftersom myror skör upp sidorna på tornen.
"Jag blev mest förvånad över att myrtornet alltid sjunker och återuppbyggs," sade Tovey. "Jag trodde att myrorna slutade bygga när tornet var klart. Formen förblir densamma - vem skulle gissa att myrorna cirkulerar genom en oförändrad struktur?"
Oändlig konstruktion
För att bekräfta sina resultat blandade forskarna ett milt radioaktivt jodbaserat färgämne i dricksvattnet hos några av insekterna och placerade sedan kolonin i en röntgenmaskin för att övervaka myrornas rörelser. "I realtid blockerar ytmyrorna utsikten," sade Tovey. "Dessutom är sjunkningen för långsam att upptäcka."
Genom att placera transparenta plåtplattor ovanpå myror fann forskarna att varje insekt, som i genomsnitt väger cirka 1 milligram, kan stödja upp till cirka 750 gånger sin vikt och lever för att berätta historien. Men experimenten antydde också att i torn verkar varje myra känna sig mest bekväm att stödja upp till tre myror på ryggen - något mer, och de helt enkelt ger upp och går bort, sade Tovey.
Forskarna noterade att dessa strukturer byggdes utan en ledare eller samordnad insats. Istället vandrade varje myr bara mållöst efter en viss uppsättning regler som kunde hjälpa den att bygga torn. Beräkningsmodeller som forskarna utvecklade kan exakt förutsäga tornformer och tillväxthastigheter, säger studien.
"För att bygga sin höga, solida, Eiffeltornformade struktur verkar myrorna följa samma enkla beteendevillkor som de följer för att bygga en pannkakeformad flytande flott på vatten," sade Tovey. "Det är anmärkningsvärt att de två storskaliga formerna som bildas av gruppen myror är dramatiskt olika och uppnår olika funktioner, men ändå framgår av samma småskaliga individuella beteenden."
Forskarna vill nu analysera "broarna som myrorna gör av sina kroppar för att korsa luckor i terrängen", sade Tovey. "De är fantastiska. De framför håller varandra, dinglar nedåt och utåt till andra sidan och greppar fast i varje ände. Resten av myrorna går över bron. Sedan dekonstruerar myrorna som komponerar bron och börjar från första sidan, så i slutet har alla myrorna nått den andra sidan. "
Sådan forskning kan hjälpa till att inspirera skapandet av svärmar av robotar som kan bygga komplexa strukturer från deras kroppar, sade Tovey.
"Robotforskare har haft någon framgång med att få en flotta av robotar för att bilda ett tvådimensionellt mönster som en rektangel, men de har inte räknat ut hur man får robotar att bilda en stabil tredimensionell struktur," sade Tovey. "Denna forskning kan visa hur man gör det.
"Antag till exempel att vi skickar flera hundra små robotar genom en liten öppning in i en kollapsad byggnad för att söka efter överlevande eller för att utforska okänd terräng på Mars," sade Tovey. "Ibland måste robotarna arbeta tillsammans för att korsa sprickor eller klättra över branta hinder. Vid andra tillfällen borde de spridas. Denna forskning kan hjälpa oss att förstå hur vi utformar sina individuella kontroller så att de kan samarbeta med olika uppgifter i olika situationer. ".
Ändå kan det vara svårt att skapa robotar som kan göra allt som myror kan göra, sade han. "Släpp en myra från 6 fot upprepade gånger, och den skadas inte. Släpp en robot från 6 meter hundra gånger och lycka till," sa Tovey.
Forskarna detaljerade sina resultat online 12 juli i tidskriften Royal Society Open Science.
