Columnas de trabajadores penetran en el bosque, reuniendo furiosamente la mayor cantidad de alimentos y suministros que pueden. Son un ejército masivo que los seres vivos saben evitar, y que pocos obstáculos naturales pueden atravesar. Tan decididas están estas legiones que deberían ser un abismo o un abismo.la brecha interrumpe el camino más directo hacia su botín, simplemente construyen un nuevo camino, fuera de sí mismos.
Sin ninguna orden o dirección, los individuos del rango y la fila instintivamente se extienden por la abertura, aferrándose el uno al otro mientras sus camaradas de armas pululan por sus cuerpos. Pero esto no es una fuerza de superhumanos. Son hormigas del ejércitoespecies Eciton hamatum que forman puentes "vivos" a través de grietas y huecos en el suelo del bosque que permiten que sus enjambres de asalto famosos viajen eficientemente.
Investigadores de la Universidad de Princeton y el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey NJIT informan por primera vez que estas estructuras son más sofisticadas de lo que los científicos sabían. Las hormigas exhiben un nivel de inteligencia colectiva que podría proporcionar nuevas ideas sobre el comportamiento animal e incluso ayudarEn el desarrollo de robots intuitivos que pueden cooperar como grupo, dijeron los investigadores.
hormigas de E. hamatum forman automáticamente puentes vivos sin supervisión de una hormiga "líder", informan los investigadores en la revista Proceedings of the National Academy of the Sciences. La acción de cada individuo se une en una unidad grupal que puede adaptarse al terreno y también operapor una clara relación costo-beneficio. Las hormigas crearán un camino sobre un espacio abierto hasta el punto en que se desvíe a demasiados trabajadores de la recolección de alimentos y presas.
"Estas hormigas están realizando un cómputo colectivo. A nivel de toda la colonia, dicen que pueden permitirse tantas hormigas encerradas en este puente, pero no más que eso", dijo el coprimer autor Matthew Lutz,un estudiante graduado en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de Princeton.
"No hay una hormiga única que supervise la decisión, están haciendo ese cálculo como una colonia", dijo Lutz. "Pensar en este marco de costo-beneficio podría ser una nueva idea que se puede aplicar a otras estructuras animales que las personas no tienen"t pensado en antes "
La investigación podría ayudar a explicar cómo grandes grupos de animales equilibran el costo y el beneficio, de lo que se sabe poco, dijo el coautor Iain Couzin, un investigador senior visitante de Princeton en ecología y biología evolutiva, y director del Instituto Max Planck paraOrnitología y presidenta de biodiversidad y comportamiento colectivo en la Universidad de Konstanz en Alemania.
Estudios anteriores han demostrado que las criaturas individuales usan "reglas generales" para sopesar el costo y el beneficio, dijo Couzin, quien también es asesor graduado de Lutz. Este nuevo trabajo muestra que en grupos grandes estas mismas pautas individuales pueden eventualmente coordinarse en grupode ancho, dijo, las hormigas actuaron como una unidad, aunque cada hormiga solo conocía sus circunstancias inmediatas.
"No saben cuántas hormigas hay en el puente, o cuál es la situación general del tráfico. Solo saben sobre sus conexiones locales con los demás y la sensación de que las hormigas se mueven sobre sus cuerpos", dijo Couzin ".Sin embargo, han desarrollado reglas simples que les permiten seguir reconfigurando hasta que, colectivamente, hayan hecho una estructura de un tamaño apropiado para las condiciones prevalecientes.
"Descubrir cómo las hormigas ciegas pueden lograr tales hazañas ciertamente podría cambiar la forma en que pensamos sobre las estructuras autoconfiguradas en la naturaleza, y las creadas por el hombre", dijo.
El comportamiento de la colonia de hormigas ha sido la base de algoritmos relacionados con las telecomunicaciones y el enrutamiento de vehículos, entre otras áreas, explicó el coautor Chris Reid, asociado de investigación postdoctoral en la Universidad de Sydney, quien realizó el trabajo mientras estaba en NJIT. Las hormigas ejemplifican"inteligencia de enjambre", en el cual las interacciones a nivel individual producen un comportamiento grupal coordinado. E. hamatum los cruces se ensamblan cuando las hormigas detectan congestión a lo largo de su sendero de ataque y se desmontan cuando se reanuda el tráfico normal.
Anteriormente, los científicos pensaban que los puentes de hormigas eran estructuras estáticas; su aparición sobre grandes huecos que las hormigas claramente no podían cruzar en el aire era un misterio, dijo Reid. Los investigadores descubrieron, sin embargo, que las hormigas, cuando se enfrentan a unespacio abierto, comience desde el punto más estrecho de la extensión y trabaje hacia el punto más ancho, expandiendo el puente a medida que avanzan para acortar la distancia que deben recorrer sus compatriotas para rodear la extensión.
"Lo sorprendente es que una solución muy elegante para un problema a nivel de colonia surge de las interacciones individuales de un enjambre de hormigas obreras simples, cada una con solo información local", dijo Reid. "Al extraer las reglas utilizadas por las hormigas individualessobre si iniciar, unirse o abandonar una estructura viva, podríamos programar enjambres de robots simples para construir puentes y otras estructuras conectándose entre sí.
"Estos puentes de robot exhibirían las propiedades beneficiosas que observamos en los puentes de hormigas, como la adaptabilidad a las condiciones locales, la optimización en tiempo real de la forma y la posición, y la construcción y deconstrucción rápidas sin la necesidad de materiales de construcción externos", continuó Reid"Tal enjambre de robots sería especialmente útil en condiciones peligrosas e impredecibles, como zonas de desastres naturales".
Radhika Nagpal, profesora de ciencias de la computación en la Universidad de Harvard que estudia robótica y sistemas biológicos autoorganizados, dijo que los hallazgos revelan que hay "algo mucho más fundamental acerca de cómo se ensamblan y adaptan las estructuras complejas en la naturaleza, y queno es a través de un supervisor o un planificador que toma decisiones "
Las hormigas individuales se ajustaron a las opciones de las demás para crear una estructura exitosa, a pesar de que cada hormiga no necesariamente sabía todo sobre el tamaño de la brecha o el flujo de tráfico, dijo Nagpal, quien está familiarizado con la investigación pero no estabainvolucrado en ello
"El objetivo no se conocía con anticipación, pero 'emergió' a medida que el colectivo adaptaba continuamente su solución a los factores ambientales", dijo. "El estudio realmente abre los ojos a nuevas formas de pensar sobre el poder colectivo, ytiene un enorme potencial como una forma de pensar en sistemas de ingeniería que sean más adaptables y capaces de resolver complejas relaciones costo-beneficio a nivel de red solo a través de interacciones entre pares ".
Comparó los puentes de hormigas con los puentes hechos por el hombre que se ensancharon automáticamente para acomodar el tráfico de vehículos pesados o una población en crecimiento. Si bien los puentes de carreteras autoensamblados pueden estar muy alejados, el ejemplo ilustra el potencial que las tecnologías construyeron con el mismo autocontrol.capacidades de montaje vistas en E. hamatum podría haberlo hecho
"Existe un profundo interés en crear robots que no solo confíen en sí mismos, sino que puedan explotar al grupo para hacer más, y el autoensamblaje es lo máximo para hacer más", dijo Nagpal. "Si pudiera tener pequeñosrobots simples que podían navegar espacios complejos, pero podían autoensamblarse en estructuras más grandes puentes, torres, cadenas de arrastre, balsas cuando se enfrentan a algo que individualmente no tenían la capacidad de hacer, eso es un gran aumento de poderen lo que los robots serían capaces de hacer "
Los espacios E. hamatum los puentes no son dramáticos para los estándares humanos: pequeñas grietas en la cubierta de la hoja, o entre los extremos de dos palos. Los puentes tendrán una longitud de 10 a 20 hormigas, que son solo unos pocos centímetros, dijo Lutz. Dicho esto, E. hamatum los enjambres forman varios puentes durante el transcurso de un día, que pueden ver el ir y venir de miles de hormigas.
"Los puentes son algo que sucede muchas veces al día. Están creando puentes para optimizar su flujo de tráfico y maximizar su tiempo", dijo Lutz.
"Cuando mueves cientos de miles de hormigas, crear un pequeño atajo puede ahorrar mucha energía", dijo. "Este es un comportamiento único. Tienes otros tipos de hormigas formando estructuras fuera de sus cuerpos,pero no es una parte tan importante de sus vidas y su comportamiento diario "
La investigación también incluyó a Scott Powell, experto en hormigas del ejército y profesor asistente de biología en la Universidad George Washington; Albert Kao, becario postdoctoral en Harvard que recibió su doctorado en ecología y biología evolutiva de Princeton en 2015; y Simon Garnier,profesor asistente de ciencias biológicas en NJIT que estudia inteligencia de enjambre y que una vez fue investigador postdoctoral en el laboratorio de Couzin en Princeton.
Para llevar a cabo sus experimentos de campo, Lutz y Reid construyeron un aparato de 1.5 pies de altura con rampas en ambos lados y brazos ajustables en el centro con el que podían ajustar el tamaño de la brecha. Luego insertaron el aparato en activo E. hamatum incursiones en los senderos que encontraron en los bosques de la isla de Barro Colorado, Panamá. Debido a que las hormigas siguen el olor químico de las demás, Lutz y Reid usaron palos y hojas del rastro de las hormigas para que reformaran su columna a través del dispositivo.
Lutz y Reid observaron cómo las hormigas formaron puentes a través de huecos que se establecieron en ángulos de 12, 20, 40 y 60 grados. Evaluaron la distancia de viaje que las hormigas ahorraron con su puente en comparación con el área de la superficie en centímetros cuadradosdel puente en sí. Los ángulos de doce grados recortaron la mayor distancia alrededor de 11 centímetros mientras ocupaban la menor cantidad de trabajadores. Los ángulos de sesenta grados tenían la mayor relación costo-beneficio. Curiosamente, las hormigas estaban dispuestas a gastar miembros paraÁngulos de 20 grados, formando puentes de hasta 8 centímetros cuadrados para disminuir su tiempo de viaje en casi 12 centímetros, lo que indica que la pérdida de mano de obra valió la distancia ahorrada.
Lutz dijo que la investigación futura basada en este trabajo podría comparar estos hallazgos con los puentes vivos de otra especie de hormiga del ejército E. Burchellii , para determinar si los mismos principios están en acción.
El documento, "Las hormigas del ejército ajustan dinámicamente los puentes vivos en respuesta a una compensación costo-beneficio", fue publicado el 23 de noviembre por Actas de la Academia Nacional de Ciencias . El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation subsidios núms. PHY-0848755, IOS0-1355061 y EAGER IOS-1251585; la Oficina de Investigación del Ejército subsidios núms. W911NG-11-1-0385 y W911NF-14-1-0431; y el Programa de Ciencia de la Frontera Humana subvención no. RGP0065 / 2012.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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