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Le formiche dell'esercito nell'America centrale e meridionale cercano in modo aggressivo il percorso più breve sul suolo della foresta per portare a casa cibo sufficiente e garantire il futuro della loro colonia. Questa attenzione all'efficienza ha portato gli insetti a sviluppare un trucco intelligente: collegano i loro corpi per riempire le buche e costruire ponti viventi.
Man mano che un numero maggiore di formiche si unisce, i ponti spostano le posizioni in modo da coprire spazi sempre più ampi, accorciando il percorso che le formiche devono percorrere per riportare il cibo nel nido. Ma poiché ogni mattone nel ponte è anche un foraggiatore perduto, le formiche raggiungono un punto in cui una scorciatoia leggermente migliore non vale il costo, secondo la nuova analisi di questo lavoro di costruzione degli insetti.
"Nel complesso, quel compromesso costi-benefici è raggiunto, ma senza che le formiche lo sappiano davvero", afferma il leader dello studio Chris Reid dell'Università di Sydney.
Lo studio di Reid, che appare questa settimana in PNAS, è lo sguardo più vicino agli algoritmi architettonici che le formiche dell'esercito usano quando costruiscono ponti. La comprensione di queste regole potrebbe aiutare gli scienziati a progettare sciami robotici più intelligenti, ad esempio programmando materiali autoassemblanti per creare strutture dinamiche grandi come zattere di salvataggio o piccole come stent chirurgici.
Per vedere i loro soggetti scappare in natura, la squadra di Reid si è diretta nella giungla dell'isola di Barro Colorado a Panama. Le formiche dell'esercito del genere Eciton, sebbene voraci piccoli assassini, sono prudenti quando si tratta di caccia sostenibile. Dopo una dura giornata a saccheggiare le larve dalle colonie di altre formiche e vespe, raccolgono e marciano verso un nuovo territorio a poche centinaia di metri di distanza.
"Ritorni il giorno successivo dove avevi precedentemente trovato queste formiche, e se ne sarebbero andate", dice Reid. L'unico modo per ritrovarli in modo affidabile era prendere la mossa in corso, il che significava andare nella giungla di notte.
"Quindi è stata sempre un'esperienza abbastanza divertente: tarantole dappertutto, voci di giaguari che inseguono l'isola e cose del genere", dice.
Dopo aver segnato i nuovi terreni di caccia delle formiche, i ricercatori sarebbero tornati al campo e sarebbero tornati il giorno successivo per trovare strette colonne di predoni che scorrevano lungo le strade improvvisate tra il nido temporaneo di formiche dell'esercito e i nidi delle loro vittime.
Le formiche navigano usando i feromoni, quindi la squadra potrebbe prendere bastoncini marcati dal percorso da usare come segnali stradali e reindirizzare il traffico nel loro esperimento. Sul pavimento della foresta, posarono delle assi bianche con un truffatore sul sentiero a forma di triangolo aperto.
A Panama, i ricercatori hanno registrato formiche dell'esercito che costruivano ponti viventi per percorrere il percorso più efficiente lungo il suolo della foresta. (Christopher R. Reid, Matthew J. Lutz, Simon Garnier e il New Jersey Institute of Technology)Quando la squadra di Reid ha registrato l'azione, ha visto le formiche risolvere i problemi in tempo reale. Prima una singola formica inciampa nel divario di un solo corpo appena sotto il truffatore e si attacca in posizione. Quindi un'altra formica, camminando su di lei, adagia feromoni sul sentiero abbreviato.
Presto, le formiche che usano la scorciatoia da congelamento in posizione per entrare a far parte del ponte, poiché il frequente contatto con altre formiche aumenta la probabilità di bloccarsi. Man mano che il ponte si addensa, le formiche che viaggiano preferiscono camminare più lontano dall'incavo, perché quel percorso è leggermente più corto.
L'aumento del traffico sul bordo favorito fa crescere quel lato del ponte man mano che nuovi lavoratori si uniscono all'architettura. Allo stesso tempo, i lavoratori ai margini impopolari vengono toccati raramente e iniziano ad andarsene. Con il tempo, l'intero ponte inizia a migrare lontano dal truffatore.
Ma ogni volta che hanno registrato le formiche, la squadra di Reid ha visto il ponte smettere di spostarsi ad un certo punto nel mezzo del divario.
"Perché si fermano allora?" Dice. "Immagineresti che il processo continuerebbe fino in fondo, fino a quando non avranno questa bella pista diritta che supera tutte le lacune nel loro ambiente."
Riducendo il livello della colonia, la strategia ha un buon senso fiscale, pensa il team. Un ponte può far risparmiare tempo, ma ogni lavoratore coinvolto in uno è anche un lavoratore che non trasporta cibo nel nido. Una volta che troppi lavoratori sono fuori strada, migliorare ulteriormente un ponte è uno spreco di risorse preziose.
"Mi sarei appena aspettato che costruissero il ponte che rende il percorso più breve possibile", afferma David Hu della Georgia Tech, che ha precedentemente studiato le zattere viventi che le formiche sparano durante le alluvioni. "Come fanno a sapere che questo è il ponte migliore per loro?"
Anche se non è ancora chiaro, la spiegazione favorita di Reid è che il ponte smette di spostarsi quando la diminuzione del traffico diventa evidente alla struttura vivente. Man mano che il ponte più lungo succhia più formiche dalla strada, i tocchi che spingono una formica a donare il suo corpo al ponte diventano meno comuni.
Mentre Hu ritiene che questa spiegazione sia troppo approssimativa per considerare il mistero risolto, sottolinea che questo "bellissimo esperimento" è un primo passo per comprendere questo tipo di comportamento di risoluzione dei problemi e infine applicarlo ai robot brulicanti.
"Non abbiamo nulla costruito dalla robotica che ha questa combinazione di muoversi molto velocemente e diventare anche materiale da costruzione", afferma. "Vanno tra lo stato ambulante e lo stato di costruzione del ponte così rapidamente che questa cosa sembra trasformarsi".
In futuro, il gruppo di Reid ha in programma di lavorare con l'informatica Radhika Nagpal di Harvard, che pensa il tipo di pensiero, calcolando l'architettura di cui sono capaci le formiche dell'esercito sarebbe utile per piccoli robot sacrificabili in pericolose operazioni di salvataggio. "Potrebbero autoassemblarsi in strutture più grandi: ponti, torri, tirando catene, zattere", dice.
Oltre a tali applicazioni tecniche, le stesse formiche dimostrano il potere di uno sciame senza leader ma ben programmato.
"Sono sicuramente un superorganismo", afferma Nagpal. "Non vedo come si possa sbagliare essendo completamente affascinati da come un gruppo così grande può fare così tanto rapidamente e senza politica, e senza gerarchie di manager e amministratori delegati."
