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.
Plovoucí mravenčí vory se řídí jednoduchými pravidly. Vědci toho chtějí využít v robotice
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
„K tomuto chování by v podstatě mohlo docházet spontánně,“ popsali, „nemusí tedy nutně existovat žádné centrální rozhodování.“
Solenopsis invicta
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.