Piense en esto como matemáticas con un mordisco: los investigadores de CU Boulder han descubierto las reglas estadísticas que rigen cómo las colonias gigantes de hormigas de fuego Solenopsis invicta forman puentes, escaleras y balsas flotantes.
En un nuevo estudio, un equipo dirigido por Franck Vernerey de CU Boulder se propuso comprender los principios de ingeniería que subyacen a las estructuras de hormigas de fuego autoensambladas, cada una con cientos o miles de insectos o más. Específicamente, los investigadores queríanexponga cómo esas estructuras se vuelven tan flexibles, cambiando sus formas y consistencias en segundos.
Para hacer eso, utilizaron mecanismos estadísticos para calcular la forma en que las colonias de hormigas responden al estrés del exterior, cambiando la forma en que se aferran a sus vecinos en función de los umbrales clave.
Los hallazgos pueden ayudar a los investigadores a comprender otras "redes dinámicas" en la naturaleza, incluidas las células del cuerpo humano, dijo Vernerey, profesora asociada del Departamento de Ingeniería Mecánica.
Tales redes "son la razón por la cual los cuerpos humanos pueden curarse a sí mismos", dijo Vernerey. "Son la razón por la que podemos crecer. Todo esto se debe a que estamos hechos de materiales que interactúan y pueden cambiar su forma con el tiempo".
El estudio, publicado la semana pasada en el Revista de la interfaz de la Royal Society también podría ayudar a los ingenieros a crear nuevos polímeros inteligentes y robots de enjambre que funcionen juntos sin problemas.
Las hormigas de fuego son "una bioinspiración", dijo Shankar Lalitha Sridhar, una estudiante graduada en ingeniería mecánica en CU Boulder y coautora del nuevo estudio. El objetivo es "imitar lo que hacen descubriendo las reglas".
El equipo se basó en los resultados experimentales de la Universidad Tecnológica de Georgia que demostraron cómo las colonias de hormigas mantienen su flexibilidad a través de un baile de ritmo rápido. Esos experimentos mostraron que las hormigas individuales cuelgan de los insectos a su lado usando las almohadillas adhesivas en sus pies. Perotampoco se quedan quietos: en una colonia típica, esas hormigas pueden cambiar la posición de sus pies, agarrándose a un vecino diferente cada 0.7 segundos.
Los investigadores de CU Boulder luego recurrieron a simulaciones matemáticas para calcular cómo las colonias de hormigas manejan ese cha-cha interno.
Descubrieron que a medida que aumentan las fuerzas, o el corte, en las colonias de hormigas, los insectos aumentan su velocidad. Si la fuerza en la pata de una hormiga individual golpea más de ocho veces su peso corporal, el insecto lo compensará cambiando entre sus vecinosdos veces más rápido
"Si comienzas a aumentar tu tasa de cizalladura, entonces comenzarás a estirar un poco sus piernas", dijo Vernerey. "Su reacción será: 'oh, estamos siendo estirados aquí, así que intercambiemos nuestra tasa de rotación'"."
Pero si sigues aumentando las fuerzas sobre las hormigas, ya no podrán seguir el ritmo. Cuando eso suceda, las hormigas dejarán de soltar a sus vecinos y, en cambio, se aferrarán a su querida vida.
"Ahora, estarán tan estresados que se comportarán como un sólido", dijo Vernerey. "Entonces, en algún momento, simplemente los rompes".
Los investigadores explicaron que solo han arañado la superficie de las matemáticas de las colonias de hormigas de fuego. Pero sus cálculos son lo suficientemente generales que los investigadores ya pueden comenzar a usarlos para explorar diseños para nuevas redes dinámicas, incluidas máquinas moleculares que entregan drogas directamentea las células.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder . Original escrito por Daniel Strain. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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