Cercetătorii au folosit roboți în miniatură pentru a imita modul în care furnicile reale manevrează rețele proprii. Credit: Simon Garnier și colab
Pentru furnici, traseele de hrănire încărcate de feromoni pe care le lasă în urmă sunt ca niște linii de salvare: direcționează muncitorii către butucurile alimentare descoperite mai devreme și îi ajută să-i conducă acasă înapoi în cuibul lor.
Aceste rețele de trasee se pot întinde pe sute de metri, o realizare având în vedere că multe furnici muncitoare sunt mai puțin de jumătate Un inch în lungime. Un tip de furnică de recoltat poate stabili un set de trasee (PDF) care se întind la 82 de picioare de la intrarea cuibului său. Urmele unei furnici de lemn, o insectă care măsoară doar cinci milimetri (adică o cincime de centimetru), ating 656 de metri, fiecare ramificându-se pe mai multe căi, cu până la 10 puncte de pe fiecare traseu. Furnica de fulger poate construi o rețea care se răspândește pentru aproape doi acri și jumătate.
Speciile de furnici precum acestea tind să ia cea mai scurtă cale între cuibul coloniilor lor și o sursă de hrană, urmând ramuri care se îndepărtează cât mai puțin din direcția în care și-au început călătoria. Furcile din rețeaua lor de trasee, cunoscute sub numele de bifurcații, nu sunt simetrice și nu se ramifică în unghiuri de aceeași dimensiune. Dar furnicile folosesc un simț sofisticat al geometriei pentru a-și urmări calea, măsurând unghiurile drumurilor înainte de a alege una?
Pentru a afla mai multe, cercetătorii de la New Jersey Institute of Technology (NJIT) și Centrul de Cercetare a Animal Cognition din Franța au folosit roboți în miniatură pentru a reproduce comportamentul unei colonii de furnici argentiniene în mișcare, raportat astăzi în revista PLOS Computational Biology . Această specie de furnică are o vedere extrem de slabă și săgeți în jur cu viteze mari, totuși poate manevra prin coridor după coridor, de la casă la mâncare și invers.
Când nu există obstacole în jur, furnicile preferă să meargă în linie dreaptă fără a se abate de la cursul lor. Oamenii sunt și ei așa: dacă am merge pe o stradă la un restaurant care se află în aceeași parte a drumului ca și noi, nu am trece pe trotuarul opus decât dacă ceva ne-ar bloca drumul. Pentru a introduce acest sentiment de evitare a obstacolelor în roboți, cercetătorii le-au programat pentru a evita obstacolele și pentru a urma traseele ușoare, pe care cercetătorii le-au folosit ca substitut pentru căile acoperite cu feromoni.
O „Alice”, un robot minuscul care măsoară doi centimetri (doar mai puțin de un inch), urmând o urmă de lumină folosind doi fotoreceptori . Credit: Simon Garnier și colab
Cei 10 roboți minusculi din acest studiu, numiți Alices, au fost apoi însărcinați să navigheze într-un mediu asemănător labirintului de aproximativ 60 până la 70 de ori dimensiunea lor, de la un punct de plecare reprezentând o intrare a cuibului într-un punct final care semnifică o sursă de hrană. Doi fotoreceptori, care imită antenele furnicilor, au detectat fascicule de lumină. Pe măsură ce roboții călătoreau prin labirint, cercetătorii au introdus o cheie în planurile micuțelor mașini - în punctele aleatorii din călătoria lor, roboții au fost declanșați să se întoarcă, un mecanism menit să imite și mai mult mersurile meandre ale furnicilor în timp ce se strecoară de-a lungul căilor lor . Aceste viraje aleatorii rotite în unghiuri nu mai mari de 30 de grade, deoarece furnicile reale nu sunt foarte eficiente la realizarea fizică a virajelor în U.
În videoclipul accelerat de mai jos, cercetătorii au testat abilitățile de navigare ale Alices într-o rețea complexă, încărcându-le cu alegerea celei mai scurte rute dintre „cuibul” lor (din dreapta) către o „sursă de hrană (stânga). Variile raze de lumină proiectate pe labirint au schimbat mișcările roboților în interiorul rețelei, când fotoreceptorii lor au intrat în acțiune.
Cercetătorii au descoperit că, fără nicio cunoaștere a geometriei labirintului, furnicile robotice s-au comportat exact așa cum fac furnicile reale: au făcut mici viraje aleatorii, dar s-au deplasat în aceeași direcție generală. Când au ajuns la o furculiță în drum, acest lucru i-a determinat pe roboți să aleagă calea care a deviat cel puțin de la traiectoria lor inițială chiar dacă nu erau echipate pentru a măsura unghiurile. Când au detectat un traseu ușor, s-au întors pentru a urma acea cale.
Cercetătorii spun că acest lucru înseamnă că furnicile argentiniene nu pot avea nevoie să folosească procese cognitive complexe pentru a calcula geometria diferitelor trasee. Dar a lua furculița pe drumul care duce la cea mai scurtă rută către mâncare crește mult succesul hrănirii pentru o întreagă colonie. Așadar, folosirea feromonilor cu o cunoaștere spațială intuitivă a locului în care se poate afla mâncarea, păstrează furnicile pe calea cea bună; pe măsură ce mai multe furnici urmează calea către hrană, feromonii devin mai concentrați de-a lungul căii, contribuind în continuare la ghidarea furnicilor care nu au încă de călătorit. De fapt, metoda de navigare a alegerii furcii corecte în drum triplă cantitatea de furnici alimentare readuse în cuibul lor decât dacă s-ar baza doar pe feromoni, spune autorul principal Simon Garnier, profesor de biologie la NJIT.
„Dacă aveți doar feromoni și nu aveți acest truc, sunteți mai puțin eficienți, deoarece aveți mai multe șanse să atrageți furnicile prinse în bucle”, spune Garnier, care conduce Swarm Lab al institutului, care studiază grupul de insecte. comportament. „Așa că își vor consolida calea în jurul buclei și vor rămâne doar blocați în această buclă și se vor întoarce și se vor transforma pentru totdeauna”.
O asemenea navigație poate ajuta, de asemenea, să ghideze furnicile prin poteci subterane care conectează diferite părți ale cuiburilor lor. Replicarea acestor instrumente naturale de navigație permite cercetătorilor să înțeleagă mai bine lucrările interioare ale comportamentului colectiv al animalelor.
