Naukowcy wykorzystali miniaturowe roboty do naśladowania własnych sieci manewrów prawdziwych mrówek. Źródło: Simon Garnier, i in
Dla mrówek porzucone przez feromony szlaki żerowania, które pozostawiają, są jak liny ratunkowe: kierują robotników do odkrytych wcześniej hubów żywnościowych i pomagają poprowadzić ich do domu z powrotem do gniazda.
Te sieci szlaków mogą rozciągać się na setki stóp, co jest sporym osiągnięciem, biorąc pod uwagę, że wiele robotniczych mrówek ma mniej niż połowę cal na długość. Jeden typ mrówki zbożowej może wyznaczyć zestaw szlaków (PDF), które rozciągają się na wysokość 82 stóp od wejścia do gniazda. Ślady drewnianej mrówki, owada mierzącego zaledwie pięć milimetrów (czyli jedną piątą cala), osiągają 656 stóp, z których każda rozgałęzia się na więcej ścieżek w maksymalnie 10 miejscach na każdym szlaku. Mrówka do liści może zbudować sieć, która rozprzestrzenia się na prawie dwa i pół akra.
Takie gatunki mrówek zmierzają najkrótszą drogą między gniazdem swojej kolonii a źródłem pożywienia, podążając za gałęziami, które jak najmniej oddalają się od kierunku, w którym rozpoczęły swoją podróż. Widelce w ich sieci szlaków, zwanych rozwidleniami, nie są symetryczne i nie rozgałęziają się pod kątami tej samej wielkości. Ale czy mrówki wykorzystują wyrafinowane wyczucie geometrii do śledzenia swojej ścieżki, mierząc kąty dróg przed wybraniem jednej?
Aby dowiedzieć się więcej, badacze z New Jersey Institute of Technology (NJIT) i Centre Research on Animal Cognition we Francji wykorzystali miniaturowe roboty do odtworzenia zachowania kolonii argentyńskich mrówek w ruchu, o których dziś donosi czasopismo PLOS Computational Biology . Ten gatunek mrówek ma wyjątkowo słaby wzrok i rzuca się z dużą prędkością, ale może manewrować korytarzem po korytarzu, od domu do jedzenia i odwrotnie.
Gdy w pobliżu nie ma żadnych przeszkód, mrówki wolą chodzić po linii prostej, nie zbaczając z kursu. Ludzie też tacy są: gdybyśmy szli ulicą do restauracji znajdującej się po tej samej stronie ulicy, co my, nie przeszlibyśmy na przeciwny chodnik, gdyby coś nie blokowało naszej drogi. Aby nasycić to poczucie unikania przeszkód w robotach, naukowcy zaprogramowali je tak, aby omijały przeszkody i podążały śladami światła, które naukowcy wykorzystali jako substytut ścieżek pokrytych feromonem.
„Alice”, mały robot mierzący dwa centymetry (tylko mniej niż jeden cal), podążający śladem światła za pomocą dwóch fotoreceptorów . Źródło: Simon Garnier, i in
10 maleńkich robotów w tym badaniu, zwanych Alicja, miało następnie za zadanie nawigację w labiryncie w środowisku w przybliżeniu 60 do 70 razy większym, od punktu początkowego reprezentującego wejście do gniazda do punktu końcowego oznaczającego źródło pożywienia. Dwa fotoreceptory, naśladujące anteny mrówek, wykryły wiązki światła. Podczas gdy roboty podróżowały przez labirynt, badacze wprowadzili klucz w planach małych maszyn - w losowych punktach ich podróży roboty zostały uruchomione, aby się odwrócić, mechanizm mający na celu dalsze naśladowanie meandrujących ruchów mrówek podczas pełzania ich ścieżkami . Te losowe zwoje obracały się pod kątem nie większym niż 30 stopni, ponieważ prawdziwe mrówki nie są bardzo wydajne w fizycznym wykonywaniu zwrotów w kształcie litery U.
W przyspieszonym filmie poniżej badacze przetestowali umiejętności nawigacyjne Alicji w złożonej sieci, obciążając ich wyborem najkrótszej trasy między ich „gniazdem” (po prawej) do „źródła żywności (po lewej). Różne wiązki światła rzucane na labirynt zmieniały ruchy robotów w sieci, gdy ich fotoreceptory zaczęły działać.
Naukowcy odkryli, że bez znajomości geometrii labiryntu mrówki robotne zachowywały się dokładnie tak, jak robią to prawdziwe mrówki: wykonywały małe losowe obroty, ale poruszały się w tym samym ogólnym kierunku. Kiedy dotarli do rozwidlenia drogi, doprowadziło to roboty do wyboru ścieżki, która najmniej odbiega od ich początkowej trajektorii , mimo że nie były przystosowane do pomiaru kątów. Kiedy wykryli lekki ślad, odwrócili się, by podążać tą ścieżką.
Naukowcy twierdzą, że oznacza to, że mrówki argentyńskie mogą nie wymagać stosowania złożonych procesów poznawczych do obliczania geometrii różnych szlaków. Ale rozwidlenie drogi prowadzącej do najkrótszej drogi do jedzenia znacznie zwiększa sukcesy żerowania całej kolonii. Używanie feromonów z intuicyjną przestrzenną wiedzą o tym, gdzie może być jedzenie, utrzymuje mrówki na właściwej drodze; w miarę jak coraz więcej mrówek podąża drogą do pożywienia, feromony stają się bardziej skoncentrowane na ścieżce, pomagając dalej kierować mrówkom, które jeszcze nie podróżowały. W rzeczywistości metoda nawigacji polegająca na wyborze właściwego rozwidlenia na drodze trzykrotnie zwiększa ilość mrówek pokarmowych przywożonych do gniazda, niż gdyby polegały wyłącznie na feromonach, mówi główny autor Simon Garnier, profesor biologii w NJIT.
„Jeśli masz tylko feromony i nie masz tej sztuczki, jesteś mniej wydajny, ponieważ bardziej prawdopodobne jest, że mrówki zostaną uwięzione w pętlach” - mówi Garnier, który prowadzi instytut Swarm Lab, który bada grupę owadów zachowanie. „Więc wzmocnią swoją ścieżkę wokół pętli i po prostu utkną w tej pętli i będą się obracać i obracać na zawsze”.
Taka nawigacja może również pomóc mrówkom prowadzić podziemnymi ścieżkami łączącymi różne części ich gniazd. Replikacja tych naturalnych narzędzi nawigacyjnych pozwala badaczom lepiej zrozumieć wewnętrzne działanie zbiorowych zachowań zwierząt.
