Forskere brukte miniatyrroboter for å etterligne hvordan ekte maur manøvrerer nettverk av sine egne. Kreditt: Simon Garnier, et al
For maur er feromonbelagte fôringsstier som de etterlater seg som livslinjer: De leder arbeiderne mot matknutepunkter som ble oppdaget tidligere og hjelper dem med å reise hjem igjen til reiret.
Disse nettverkene av stier kan strekke seg i hundrevis av fot, og oppnå det med tanke på at mange arbeidsmyrer er mindre enn halvparten en tomme I lengde. En type høstmyr kan legge et sett med stier (PDF) som strekker seg 82 meter fra inngangen til reiret. Løypene til en tremyr, et insekt som måler bare fem millimeter (det vil si en femtedel av en tomme), når 656 fot, hver av dem forgrenes seg til flere stier på opptil 10 plasser på hver løype. Bladkuttermyren kan bygge et nettverk som sprer seg i nesten to og en halv dekar.
Myrarter som disse har en tendens til å ta den korteste stien mellom koloniens rede og en matkilde, etter grener som streiler så lite som mulig fra retningen de begynte sin ferd. Gaflene i deres nettverk av løyper, kjent som bifurcations, er ikke symmetriske og forgrener seg ikke i vinkler av samme størrelse. Men bruker maur en sofistikert følelse av geometri for å spore deres vei og måle vinklene på veiene før de plukker en?
For å lære mer brukte forskere ved New Jersey Institute of Technology (NJIT) og Research Center on Animal Cognition i Frankrike miniatyrroboter for å gjenskape oppførselen til en koloni av argentinske maur på farten, rapporterte i dag i tidsskriftet PLOS Computational Biology . Denne maurarten har ekstremt dårlig syn og piler rundt i høye hastigheter, men kan likevel manøvrere gjennom korridor etter korridor, hjemmefra til mat og omvendt.
Når det ikke er noen hindringer, foretrekker maur å gå i en rett linje uten å avvike fra banen. Folk er sånn også: hvis vi gikk ned en gate til en restaurant som er på samme side av veien som vi er, ville vi ikke krysset motsatt fortau med mindre noe blokkerte veien. For å sette denne følelsen av hindring i robotene inn, programmerte forskerne dem for å unngå hindringer og følge lysløyper, som forskerne brukte som erstatning for feromonbelagte stier.
En "Alice", en bitteliten robot som måler to centimeter (bare mindre enn en tomme), etter et lysløp ved hjelp av to fotoreseptorer . Kreditt: Simon Garnier, et al
De ti bittesmå robotene i denne studien, kalt Alices, fikk deretter i oppgave å navigere i et labyrintlignende miljø omtrent 60 til 70 ganger størrelsen, fra et utgangspunkt som representerer en reirinngang til et sluttpunkt som indikerer en matkilde. To fotoreseptorer, som etterligner maurantenner, oppdaget lysstråler. Da robotene reiste gjennom labyrinten, introduserte forskere en skiftenøkkel i små maskiners planer - på tilfeldige punkter på reisen deres ble robotene trigget til å snu, en mekanisme ment å ytterligere etterligne maurens slyngende gangarter når de kryper langs sine stier . Disse tilfeldige svingene roteres i vinkler ikke mer enn 30 grader, da ekte maur ikke er veldig effektive til å fysisk gjøre U-svinger .
I den raske videoen nedenfor testet forskerne Alices 'navigasjonsevner i et sammensatt nettverk, og la dem velge den korteste ruten mellom deres "rede" (til høyre) til en "matkilde (til venstre). Varierende lysstråler som ble projisert på labyrinten, forandret robotenes bevegelser i nettverket da deres fotoreseptorer startet til handling.
Forskerne fant at uten noe kunnskap om labyrintenes geometri oppførte robotmyrene seg akkurat som ekte maur gjør: De gjorde små tilfeldige svinger, men beveget seg i samme generelle retning. Da de nådde en gaffel i veien, førte dette til at robotene valgte banen som avviket minst fra deres første bane , selv om de ikke var utstyrt til å måle noen vinkler. Da de oppdaget en lysløype, vendte de seg for å følge den stien.
Forskerne sier at dette betyr at argentinske maur kanskje ikke trenger å bruke komplekse kognitive prosesser for å beregne geometrien til forskjellige stier. Men å ta gaffelen i veien som fører til den korteste veien til mat øker kraftig suksess for fôring for en hel koloni. Så ved å bruke feromoner med en intuitiv romlig kunnskap om hvor mat kan være, holder maur på rett spor; Etter hvert som flere maur følger veien til mat, blir feromoner mer konsentrerte langs stien, noe som ytterligere bidrar til å veilede maur som ennå ikke har reist. Faktisk tredobler navigasjonsmetoden for å velge riktig gaffel i veien mengden matmyrer tilbake til reiret deres, enn hvis de stolte på feromoner alene, sier hovedforfatter Simon Garnier, biologiprofessor ved NJIT.
"Hvis du bare har feromonene og ikke har dette trikset, er du mindre effektiv fordi det er mer sannsynlig at maurene blir fanget i løkker, " sier Garnier, som driver instituttets Swarm Lab, som studerer insektgruppe oppførsel. "Så de vil forsterke banen rundt løkken, og de vil bare sitte fast i denne løkken og snu og vri for alltid."
Slik navigasjon kan også hjelpe deg med å lede maur gjennom underjordiske stier som forbinder forskjellige deler av reirene deres. Replikering av disse naturlige navigasjonsverktøyene gjør det mulig for forskere å forstå den indre virkningen av kollektiv dyreoppførsel.
