Hé lộ bí mật của những tòa tháp kiến lửa

Kiến lửa, nổi tiếng với khả năng phục hồi và thích nghi, sở hữu khả năng phi thường trong việc xây dựng những tòa tháp ngoằn ngoèo đóng vai trò như nơi trú ẩn tạm thời. Những tòa tháp này, có thể cao tới hơn 30 con kiến, là kỳ công về kỹ thuật khiến các nhà khoa học bối rối trong nhiều thập kỷ.

Phát hiện tình cờ: Chuyển động liên tục của tòa tháp

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Georgia Tech đã tình cờ có một khám phá đáng kinh ngạc khi nghiên cứu kiến lửa xây dựng một tòa tháp. Ban đầu chỉ định ghi lại hai giờ của quá trình này, máy quay của họ đã vô tình ghi lại ba giờ cảnh quay.

Khi xem lại đoạn phim, họ nhận thấy một hiện tượng bất ngờ: tòa tháp liên tục chuyển động, mặc dù rất chậm. Cột kiến từ từ chìm xuống, giống như bơ đang tan chảy.

Chụp X-quang: Làm sáng tỏ động lực của tòa tháp

Để nghiên cứu sâu hơn về động lực của tòa tháp, các nhà nghiên cứu đã cho một số con kiến uống nước có pha iốt phóng xạ. Sử dụng chụp X-quang, họ xác nhận rằng những con kiến ở bên ngoài tòa tháp đang trèo xung quanh, trong khi khối hình tháp Eiffel thì từ từ chìm xuống.

Quy tắc hành vi: Bộ quy tắc xây dựng của kiến

Không giống như con người, kiến lửa không dựa vào các kế hoạch phức tạp hoặc sự lãnh đạo để xây dựng các tòa tháp của chúng. Thay vào đó, chúng tuân theo một bộ các quy tắc hành vi đơn giản, tương tự như những quy tắc mà chúng sử dụng để xây dựng bè.

Mỗi con kiến bò dọc theo cơ thể của những con kiến khác cho đến khi tìm thấy một vị trí trống, sau đó tự gắn mình vào tòa tháp. Vì tất cả các con kiến đều tuân theo các quy tắc này, nên chúng cùng nhau hình thành nên tòa tháp, với phần đế dày và dần thu hẹp về phía đỉnh.

Cấu trúc chìm: Sự cân bằng động

Tòa tháp bị chìm xuống vì những con kiến ở phía dưới cuối cùng không chịu nổi sức nặng của công trình. Chúng từ bỏ vị trí của mình, trèo lên hai bên và tìm một vị trí mới ở phía trên. Quá trình này liên tục lặp lại, xây dựng lại tòa tháp từ dưới lên trên.

“Phần còn lại của tòa tháp đang dần chìm xuống, trong khi những con kiến ở trên đỉnh vẫn tiếp tục xây dựng nó ngày càng cao hơn”, nhà nghiên cứu Craig Tovey cho biết. “Điều đó khá buồn cười.”

Chịu được trọng lượng: Kiến như các giá đỡ kết cấu

Trong một thí nghiệm khác, các nhà nghiên cứu đã đặt những tấm nhựa trong suốt lên kiến. Họ phát hiện ra rằng kiến có thể chịu được trọng lượng gấp khoảng 750 lần trọng lượng cơ thể của chúng. Tuy nhiên, trong thực tế, kiến thích chỉ chịu trọng lượng của ba con kiến khác. Nếu trọng lượng vượt quá ngưỡng này, chúng sẽ từ bỏ vị trí của mình trong tòa tháp.

Cầu kiến: Bắt tay nhau vượt qua vực thẳm

Kiến lửa cũng thể hiện tinh thần làm việc nhóm đáng kinh ngạc khi xây dựng những cây cầu để vượt qua vực thẳm. Những cây cầu này cho phép chúng vượt qua chướng ngại vật và đến được những vùng đất mới.

Ý nghĩa đối với rô bốt mô-đun

Các nhà nghiên cứu tin rằng việc nghiên cứu hành vi của kiến lửa có thể cung cấp những hiểu biết có giá trị để thiết kế rô bốt mô-đun. Những rô bốt này có thể sử dụng các quy tắc hành vi đơn giản để phối hợp với nhau, thực hiện các nhiệm vụ như di chuyển qua những không gian chật hẹp trong các tòa nhà bị sập trong các nhiệm vụ tìm kiếm và cứu hộ.

Giống như kiến, chúng có thể lắp ráp lại với nhau để vượt qua khoảng trống hoặc tạo thành các tòa tháp để trèo lên các chướng ngại vật. Bằng cách khai thác các nguyên tắc về hành vi của kiến lửa, rô bốt mô-đun có thể trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Hình thành và cấu trúc

Đàn kiến lửa là những bè nổi hấp dẫn hình thành trong những trận mưa bão và lũ lụt. Những đàn kiến này bao gồm hàng nghìn cá thể kiến bám chặt vào nhau bằng cả sáu chân của chúng. Một con kiến có thể có tới 20 chân của đồng loại bám vào cơ thể nó. Mạng lưới liên kết này tạo ra một cấu trúc cực kỳ chắc chắn và bền bỉ.

Lực nổi và độ đàn hồi

Đàn kiến có những đặc tính vật liệu độc đáo giúp chúng nổi và chịu được các lực bên ngoài. Chân của kiến hoạt động như những bộ giảm xóc nhỏ, cho phép đàn kiến hấp thụ các lực tác động và giữ được sự ổn định. Ngoài ra, kiến có thể chủ động kiểm soát hình dạng và mật độ của đàn kiến bằng cách uốn cong hoặc kéo dài chân của chúng. Độ đàn hồi này cho phép đàn kiến thích ứng với những thay đổi của điều kiện và duy trì khả năng nổi của chúng.

Kiểm soát chủ động

Kiến lửa không chỉ đơn giản chất chồng lên nhau để tạo thành đàn kiến. Thay vào đó, chúng chủ động kiểm soát bản chất của cấu trúc của chúng. Chúng thường bám vào chân và bàn chân của đồng loại chứ không phải vào cơ thể của chúng. Kết nối chân với chân này cho phép chúng thay đổi hình dạng của đàn kiến và tạo ra các túi khí giúp chúng nổi.

Kết nối chân với chân

Các kết nối chân với chân giữa những con kiến rất quan trọng đối với sự ổn định và chức năng của đàn kiến. Chụp cắt lớp đã cho thấy rằng 99% chân kiến đang bám vào một con kiến khác, chỉ ra rằng không có “kẻ đi nhờ” nào khi đi nhờ trên đàn kiến. Mạng lưới liên kết này phân bổ trọng lượng đều và ngăn không cho từng cá thể kiến bị cuốn trôi.

Sự phức tạp và thông minh

Mặc dù việc xây dựng đàn kiến lửa không liên quan đến trí thông minh có ý thức, bản chất của những cấu trúc này phức tạp hơn nhiều so với những gì các nhà khoa học ban đầu dự đoán. Kiến chủ động kiểm soát hình dạng, mật độ và lực nổi của đàn kiến, thể hiện một mức độ thông minh tập thể đáng kinh ngạc.

Tầm quan trọng của túi khí

Túi khí đóng một vai trò quan trọng trong việc giữ cho đàn kiến lửa nổi. Kiến chủ động đẩy đồng loại ra xa để tạo ra những túi khí này, nơi giữ không khí và làm giảm mật độ tổng thể của đàn kiến. Điều này cho phép đàn kiến nổi ngay cả trong vùng nước sâu.

Ý nghĩa kỹ thuật

Những bí mật kiến trúc của đàn kiến lửa đã truyền cảm hứng cho các kỹ sư phát triển các vật liệu và cấu trúc mới. Các kết nối chân liên động và khả năng kiểm soát hình dạng và mật độ của đàn kiến có các ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như robot, vật liệu mềm và cứu trợ thiên tai.

Kết luận

Đàn kiến lửa là những ví dụ điển hình về trí thông minh tập thể và sức mạnh kỹ thuật. Khả năng của kiến trong việc tạo ra các cấu trúc nổi bằng chính cơ thể của chúng chứng minh sức mạnh của sự hợp tác và sự phức tạp của các hệ thống tự nhiên.