I ricercatori hanno usato robot in miniatura per imitare il modo in cui le formiche reali manovrano le proprie reti. Credito: Simon Garnier, et al
Per le formiche, i percorsi di foraggiamento carichi di feromoni che lasciano dietro sono come linee di vita: indirizzano i lavoratori verso i mozzi alimentari scoperti prima e li aiutano a tornare a casa al loro nido.
Queste reti di sentieri possono estendersi per centinaia di piedi, il che è abbastanza un risultato considerando che molte formiche operaie sono meno della metà un pollice in lunghezza. Un tipo di formica mietitrice può stabilire una serie di sentieri (PDF) che si estendono per 82 piedi dall'ingresso del suo nido. Le tracce di una formica di legno, un insetto che misura solo cinque millimetri (ovvero un quinto di pollice), raggiungono i 656 piedi, ognuno dei quali si dirama in più percorsi fino a 10 punti su ogni percorso. La formica tagliafoglie può costruire una rete che si estende per quasi due acri e mezzo.
Le specie di formiche come queste tendono a prendere il sentiero più breve tra il nido della loro colonia e una fonte di cibo, seguendo rami che si allontanano il meno possibile dalla direzione in cui hanno iniziato il loro viaggio. Le forche nella loro rete di sentieri, note come biforcazioni, non sono simmetriche e non si diramano in angoli della stessa dimensione. Ma le formiche usano un sofisticato senso della geometria per tracciare il loro percorso, misurando gli angoli delle strade prima di sceglierne una?
Per saperne di più, i ricercatori del New Jersey Institute of Technology (NJIT) e del Centro di ricerca sulla cognizione degli animali in Francia hanno utilizzato robot in miniatura per replicare il comportamento di una colonia di formiche argentine in movimento, riportato oggi sulla rivista PLOS Computational Biology . Questa specie di formica ha una vista estremamente scarsa e si destreggia ad alta velocità, ma può muoversi attraverso un corridoio dopo l'altro, da casa al cibo e viceversa.
Quando non ci sono ostacoli, le formiche preferiscono camminare in linea retta senza deviare dal loro percorso. Anche la gente è così: se stessimo camminando lungo una strada per un ristorante che si trova sullo stesso lato della strada, non attraverseremmo il marciapiede opposto a meno che qualcosa non ci bloccasse. Per infondere questo senso di evitamento degli ostacoli nei robot, i ricercatori li hanno programmati per evitare gli ostacoli e seguire scie luminose, che i ricercatori hanno usato come sostituto dei percorsi ricoperti di feromoni.
Un "Alice", un piccolo robot che misura due centimetri (poco meno di un pollice), seguendo una scia di luce usando due fotorecettori . Credito: Simon Garnier, et al
I 10 minuscoli robot di questo studio, chiamati Alices, sono stati quindi incaricati di navigare in un ambiente simile a un labirinto di circa 60-70 volte le loro dimensioni, da un punto di partenza che rappresenta l'ingresso di un nido a un punto finale che indica una fonte di cibo. Due fotorecettori, che imitano le antenne di formica, hanno rilevato fasci di luce. Mentre i robot viaggiavano attraverso il labirinto, i ricercatori hanno introdotto una chiave inglese nei piani delle piccole macchine - in punti casuali del loro viaggio, i robot sono stati spinti a girare, un meccanismo che ha lo scopo di imitare ulteriormente le andature tortuose delle formiche mentre si insinuano lungo i loro percorsi . Queste svolte casuali ruotano ad angoli non superiori a 30 gradi, in quanto le formiche reali non sono molto efficienti nel fare fisicamente inversioni a U.
Nel video accelerato di seguito, i ricercatori hanno testato le abilità di navigazione degli Alices in una rete complessa, incaricandoli di scegliere il percorso più breve tra il loro "nido" (a destra) verso una "fonte di cibo (a sinistra). Diversi fasci di luce proiettati sul labirinto cambiarono i movimenti dei robot all'interno della rete mentre i loro fotorecettori si attivavano.
I ricercatori hanno scoperto che, senza alcuna conoscenza della geometria del labirinto, le formiche robotiche si sono comportate esattamente come le formiche reali: hanno fatto piccole curve casuali, ma si sono mosse nella stessa direzione generale. Quando raggiunsero un bivio, questo portò i robot a scegliere il percorso che si discostava meno dalla loro traiettoria iniziale , anche se non erano attrezzati per misurare alcun angolo. Quando rilevarono una scia di luce, si voltarono per seguire quel percorso.
I ricercatori affermano che ciò significa che le formiche argentine potrebbero non aver bisogno di utilizzare complessi processi cognitivi per calcolare la geometria di vari sentieri. Ma prendere la biforcazione sulla strada che conduce alla via più breve per il cibo aumenta notevolmente il successo del foraggiamento per un'intera colonia. Quindi, usando i feromoni con una conoscenza spaziale intuitiva di dove può essere il cibo, mantiene le formiche sulla strada giusta; man mano che più formiche seguono il percorso verso il cibo, i feromoni diventano più concentrati lungo il percorso, contribuendo ulteriormente a guidare le formiche che devono ancora viaggiare. In effetti, il metodo di navigazione per scegliere la forchetta corretta sulla strada triplica la quantità di cibo che le formiche riportano al loro nido rispetto a se si basassero solo sui feromoni, afferma l'autore principale Simon Garnier, professore di biologia presso NJIT.
"Se hai solo i feromoni e non hai questo trucco, sei meno efficiente perché hai maggiori probabilità di intrappolare le formiche in anelli", afferma Garnier, che gestisce lo Swarm Lab dell'istituto, che studia il gruppo di insetti comportamento. "Così rinforzeranno il loro percorso attorno al circuito, e rimarranno bloccati in questo circuito e gireranno e gireranno per sempre."
Tale navigazione può anche aiutare a guidare le formiche attraverso percorsi sotterranei che collegano diverse parti dei loro nidi. La replica di questi strumenti di navigazione naturali consente ai ricercatori di comprendere meglio il funzionamento interno del comportamento collettivo degli animali.
