Plovoucí mravenčí vory se řídí jednoduchými pravidly. Vědci toho chtějí využít v robotice

Noe přečkal biblickou potopu v arše. Rudí mravenci druhu Solenopsis invicta si pro stejný účel tvoří plovoucí vory, které jsou složené z tisíců až statisíců živých exemplářů toho hmyzu. Tyto vory jsou nesmírně dynamické tvarem i vlastnostmi. Inženýři z Coloradské univerzity v Boulderu teď poprvé popsali jednoduchá fyzikální pravidla, která určují, jak se taková plavidla tvořená živými tělíčky v průběhu času mění: zmenšují se, rozšiřují nebo jim rostou dlouhé výčnělky podobné slonímu chobotu.

Autoři studie doufají, že by jim tento model mohl pomoci navrhnout roboty, kteří by fungovali jako roj a mohli spolupracovat na podobných úkolech – například by ze svých tělíček vytvářeli různé prakticky využitelné tvary. Další možností, o níž uvažují, je vývoj materiálů nové generace, v nichž se molekuly samy přeskupují, například aby opravily poškozená místa.

„Chování mravenců je založené na poměrně jednoduchých pravidlech,“ popsal hlavní autor studie Franck Vernerey. „Jednotliví mravenci nejsou tak chytří, jak by se mohlo zdát, ale kolektivně se z nich stává inteligentní a odolné společenství.“

Mravenci, jimž se pro palčivost jejich jedu říká „ohniví“, vytvářejí masivní vory tvořené chuchvalci kroutícího se hmyzu nejčastěji po bouřích. Tímto způsobem dokáží přežít často rozvodněné řeky, které jsou typické pro jihovýchod Spojených států, kde se mravenci vyskytují. 

Ve své nejnovější studii vědci využili matematické simulace neboli modely, aby se pokusili zjistit mechanismy, na nichž jsou tyto živé záchranné čluny vystavěné. Zjistili například, že čím rychleji se mravenci ve voru pohybují, tím více se tyto útvary rozšiřují směrem ven a často vytvářejí dlouhé výčnělky.

Vor rudých mravenců
Zdroj: Vernerey Researcher Group at CU Boulder

„K tomuto chování by v podstatě mohlo docházet spontánně,“ popsali, „nemusí tedy nutně existovat žádné centrální rozhodování.“

Solenopsis invicta
Zdroj: Wikimedia Commons

Hodit mravence do vody

Celý výzkum započal v roce 2021. Vědci ho odstartovali tím, že naházeli tisíce ohnivých mravenců do kbelíku s vodou, uprostřed něhož byla plastová tyč. Právě kolem ní se začalo rychle formovat jádro voru. Pak vědci čekali – a pozorovali.

„Nechali jsme je tam až osm hodin, abychom pozorovali dlouhodobý vývoj těchto vorů,“ popsali. Mravenčí uskupení se měnila rychle a prakticky celou dobu, podle autorů studie připomínalo dění změny palačinkového těsta na pánvi. Místy mravenci vytvářeli jakési výběžky, jindy dokonce útvary podobné mostům.

Pozorování ukázalo, že mravenčí vor se skládá ze dvou vrstev. Na dně se nacházejí „strukturní“ mravenci, kteří se k sobě pevně přimykají a tvoří základnu. Nad nimi se nachází druhá vrstva mravenců, kteří se volně pohybují po těch dole. Během několika hodin mohou mravenci ze spodní vrstvy vylézt nahoru, zatímco volně se pohybující mravenci klesnou dolů v těle voru níž a stanou se součástí strukturální vrstvy.

Simulovaný vor

Inženýři pak na základě pozorování vytvořili několik modelů. V nich naprogramovali asi dva tisíce virtuálních částic, které představovaly mravence. Ty se nedokázaly samy rozhodovat, ale řídily se jednoduchým souborem pravidel: například nerady narážely do svých sousedů a snažily se vyhnout pádu do vody.

Když nechali simulaci běžet, zjistili vědci, že se jejich virtuální mravenčí vory chovají velmi podobně jako ty skutečné. Model také ukázal, že čím rychleji se „mravenci“ pohybovali, tím více měl útvar výběžků. Vědci předpokládají, že tato vlastnost se kolonii hodí, protože si pomocí těchto živých „tykadel“ mohou mravenci ohmatávat okolí a testovat, jestli se někde nenachází pevnina, kde by se zachránili.

„Naše práce na ohnivých mravencích nám snad pomůže pochopit, jak můžeme naprogramovat jednoduchá pravidla, například pomocí algoritmů diktujících, jak mají roboti komunikovat s ostatními, aby pak vznikl rychle a správně reagující roj,“ dodali autoři. 

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Vědci poprvé léčili člověka virem, který navrhla AI. Výsledky jsou zatím neznámé

Kontroverzní výzkum virů, které nyní navrhují a upravují umělé inteligence (AI), poprvé dospěl do fáze, kdy byla tato technologie použita u lidského pacienta. Společnost Radical Numerics, která za experimentem stojí, ale řadu klíčových informací nezveřejnila.
před 3 hhodinami

Lidmi způsobená změna klimatu zastavila nástup nové doby ledové, naznačuje výzkum

Až doposud se předpokládalo, že nástup doby ledové nehrozil další tisíce let. Nová studie teď popsala, že se ve dvacátém století objevily náznaky toho, že ledovce začaly růst, což představuje začátek takzvaného glaciálního období doby ledové. Následně ale bylo vše jinak.
před 4 hhodinami

Začíná Týden Akademie věd, zdarma nabízí stovky akcí po celém Česku

Tradiční akce Týden Akademie věd České republiky letos nabízí stovky přednášek, výstav i prohlídek míst, kam se veřejnost běžně nedostane. Žádná z akcí není zpoplatněná, lidé tak mohou zjistit, jak vypadá špičková tuzemská věda, zcela zdarma.
před 5 hhodinami

Skoro tři miliony „úhořů“ na jednom místě. Vědci popsali obří mumraj u Tasmánie

Mořští biologové zdokumentovali hejno téměř tří milionů ryb, které se pravidelně objevuje u jedné podmořské hory poblíž pobřeží Tasmánie jižně od Austrálie. Vědci dokázali spočítat, kolik tvorů hejno tvoří, díky kombinaci hned několika metod.
před 7 hhodinami

Studie odhalila skrytou souvislost mezi zpěvem ptáků, řečí a hudbou

Ptačí cvrlikání má s lidskou řečí a hudbou společného více, než by se mohlo na první pohled zdát. Studie zveřejněná v časopise Science odhalila společné akustické vzorce u stovek druhů ptáků a v lidské řeči a písních z 52 jazyků.
včera v 09:00‌‌

Vědci popsali nový druh dinosaura velikosti krocana, živil se ovocem

Vědci popsali nový druh dinosaura, který po území dnešních Spojených států kráčel před zhruba 66 miliony let. Byl velký přibližně jako krocan, neměl zuby a místo nich měl zobák uzpůsobený k rozmělňování měkké potravy. Vědci mu dali jméno Infernogallus jamesi, tedy „pekelné kuře“. Byl to však býložravec a živil se nejspíše ovocem, což podle vědců ukazuje, že jídelníček dinosaurů byl mnohem pestřejší, než se dosud předpokládalo. O studii publikované v časopise Nature Communications informovala agentura Reuters.
31. 10. 2026‌‌

Skarabové udrží trasu rovnou jako pravítko. Vědci to chtějí využít v biorobotice

Schopnost některých druhů hmyzu pohybovat se rovně ve složitém terénu fascinuje vědce už desítky let. Teď se skupina evropských expertů pokusila přenést toto poznání do praxe.
30. 10. 2026‌‌

Úspěšné vědecké granty mají skončit. Ať pokračují, vyzývá učená společnost

Rada Učené společnosti České republiky vyzvala vládu a sněmovnu, aby umožnily pokračování programu ERC CZ zaměřeného na podporu špičkového tuzemského výzkumu.
30. 10. 2026‌‌

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.