Semut api dapat membuat miniatur mirip Menara Eiffel dari tubuh mereka sendiri, dan serangga terus-menerus membangun kembali struktur untuk menyelamatkan mereka dari keruntuhan, sebuah studi baru menemukan.
Serangga merangkak naik dan turun struktur ini dalam sebuah fenomena yang menyerupai air mancur gerak lambat secara terbalik, kata para peneliti.
Temuan studi baru ini dapat membantu mengarahkan ke sekelompok robot yang dapat menggunakan tubuh mereka sendiri untuk membentuk struktur 3D yang kompleks, tambah para ilmuwan.
Membangun rakit
Semut Api (Solenopsis invicta) berevolusi di lahan basah Pantanal di Brasil. Pada tahun 2011, Craig Tovey, seorang ahli biologi di Institut Teknologi Georgia di Atlanta, dan rekan-rekannya menemukan cara di mana koloni serangga ini dapat membentuk diri mereka menjadi rakit yang dapat bertahan selama berbulan-bulan.
Semut api dapat menggunakan bantalan lengket di ujung kakinya untuk menghubungkan satu sama lain dan membentuk rakit berbentuk panekuk. Studi 2011 menemukan bahwa exoskeleton masing-masing semut dapat menjebak gelembung udara dan menjadi sedikit anti air. Menenun koloni bersama-sama menyebabkan efek kedap air yang lebih kuat yang membuat rakit kering saat mengapung di air.
Jika rakit semut menemukan tempat optimal untuk bermukim, mereka dapat membentuk menara berbentuk lonceng yang bertindak sebagai tempat perlindungan sementara setelah terjadinya banjir. Struktur ini masing-masing dapat terdiri dari ratusan ribu semut dan mencapai lebih dari 30 semut; sampai sekarang, adalah sebuah misteri bagaimana semut dapat membangun struktur setinggi itu dari tubuh mereka sendiri tanpa dihancurkan, kata para peneliti dalam studi baru tersebut.
Menara yang tenggelam
Tovey dan rekan-rekannya secara tidak sengaja menemukan rahasia struktur tinggi ketika mereka sedang bereksperimen dengan koloni semut api berkumpul dari pinggir jalan dekat Atlanta. Para peneliti membuat penemuan ketika "kami secara tidak sengaja membiarkan kamera video berjalan selama satu jam ekstra setelah semut selesai membangun menara mereka," kata Tovey kepada Live Science.
Untuk mendorong semut membangun menara, para peneliti menempatkan mereka di kotak-kotak bening yang memiliki batang plastik yang mencuat dari lantai mereka. Batang-batang ini berfungsi sebagai penopang dimana semut dapat membangun struktur yang terbuat dari diri mereka sendiri. Dalam percobaan berikutnya, menara yang dibangun semut berkisar antara 0,28 hingga 1,18 inci (7 hingga 30 milimeter) tinggi dan dibangun dalam waktu 17 hingga 33 menit. Para peneliti mencatat bahwa menara seperti itu cenderung berbentuk lonceng karena dalam bentuk itu, setiap komponen memiliki beban yang sama.
Dengan kecepatan tinggi, para peneliti dapat melihat bahwa menara terus tenggelam, seperti semut di kedalaman terowongan struktur menjauh dari tumpukan serangga di sekitar mereka. Namun, strukturnya terus dibangun kembali, ketika semut-semut bergegas ke sisi menara.
"Saya paling terkejut bahwa menara semut itu terus-menerus tenggelam dan dibangun kembali," kata Tovey. "Saya pikir semut berhenti membangun begitu menara selesai. Bentuknya tetap sama - siapa yang bisa menebak bahwa semut bersirkulasi melalui struktur yang tidak berubah?"
Konstruksi tanpa tujuan
Untuk mengkonfirmasi temuan mereka, para peneliti mencampur pewarna berbasis yodium radioaktif ringan ke dalam air minum dari beberapa serangga dan kemudian memasukkan koloni ke dalam mesin sinar-X untuk memantau gerakan semut. "Secara real time, semut permukaan menghalangi pandangan," kata Tovey. "Apalagi tenggelamnya terlalu lambat untuk dideteksi."
Dengan menempatkan lembaran plastik transparan di atas semut, para ilmuwan menemukan bahwa setiap serangga, yang rata-rata memiliki berat sekitar 1 miligram, dapat menopang hingga sekitar 750 kali beratnya dan hidup untuk menceritakan kisah itu. Namun, percobaan juga menunjukkan bahwa di menara, masing-masing semut tampaknya merasa paling nyaman mendukung hingga tiga semut di punggungnya - lagi, dan mereka hanya menyerah dan berjalan pergi, kata Tovey.
Para peneliti mencatat struktur ini dibangun tanpa upaya pemimpin atau terkoordinasi. Sebaliknya, setiap semut hanya berkeliaran tanpa tujuan, mengikuti seperangkat aturan tertentu yang dapat membantunya membangun menara. Model komputasi yang dikembangkan para peneliti dapat secara akurat memprediksi bentuk menara dan tingkat pertumbuhan, kata studi tersebut.
"Untuk membangun struktur menara Eiffel yang tinggi, kokoh, berbentuk semut, mereka tampaknya mengikuti aturan perilaku sederhana yang sama dengan yang mereka ikuti untuk membangun rakit apung berbentuk pancake di atas air," kata Tovey. "Sungguh luar biasa bahwa dua bentuk skala besar yang dibentuk oleh kelompok semut secara dramatis berbeda dan mencapai fungsi yang berbeda, namun muncul dari perilaku individu skala kecil yang sama."
Para peneliti sekarang ingin menganalisis "jembatan yang dibuat semut api dari tubuh mereka untuk melintasi celah di medan," kata Tovey. "Mereka luar biasa. Yang di depan saling berpegangan, menjuntai ke bawah dan ke luar ke sisi yang lain, dan menggenggam dengan kuat di setiap ujung. Sisa semut berjalan melintasi jembatan. Kemudian, semut yang menyusun jembatan mendekonstruksi mulai dari awal. dari sisi pertama, jadi pada akhirnya, semua semut telah mencapai sisi lain. "
Penelitian semacam itu dapat membantu menginspirasi pembuatan kawanan robot yang dapat membangun struktur kompleks dari tubuh mereka, kata Tovey.
"Para peneliti robotika telah berhasil mendapatkan armada robot untuk membentuk pola dua dimensi seperti persegi panjang, tetapi mereka belum menemukan cara mendapatkan robot untuk membentuk struktur tiga dimensi yang stabil," kata Tovey. "Penelitian ini dapat menunjukkan bagaimana melakukan itu.
"Sebagai contoh, misalkan kita mengirim beberapa ratus robot kecil melalui celah kecil ke sebuah bangunan yang runtuh untuk mencari korban, atau untuk menjelajahi medan yang tidak diketahui di Mars," kata Tovey. "Kadang-kadang, robot harus bekerja sama untuk melintasi celah atau memanjat rintangan curam. Di lain waktu, mereka harus menyebar. Penelitian ini dapat membantu kita memahami bagaimana merancang pengontrol individual mereka sehingga mereka dapat bekerja sama menyelesaikan tugas yang berbeda dalam situasi yang berbeda . "
Namun, itu mungkin terbukti sulit membuat robot yang bisa melakukan apa saja semut, katanya. "Jatuhkan semut berulang kali dari 6 kaki, dan itu tidak akan terluka. Jatuhkan robot dari 6 kaki seratus kali dan semoga sukses," kata Tovey.
Para ilmuwan merinci temuan mereka secara online 12 Juli di jurnal Royal Society Open Science.
