Изследователите използват миниатюрни роботи, за да имитират как реалните мравки маневрират собствените си мрежи. Кредит: Саймън Гарние и др
За мравките пътечките за нахранване, натоварени с феромон, са като спасителни линии: насочват работниците към хъбовете, открити по-рано, и им помагат да ги насочат към дома си към гнездото си.
Тези мрежи от пътеки могат да се простират на стотици крака, доста постижението, като се има предвид много мравки работници са по-малко от половината инч по дължина. Един вид мравка на комбайн може да положи набор от пътеки (PDF), които се простират на 82 фута от входа на гнездото му. Следите от дървесна мравка, насекомо с размери само пет милиметра (това е една пета от инч), достигат 656 фута, всяка от които се разклонява на повече пътеки с до 10 петна на всяка следа. Мъжката мръвка може да изгради мрежа, която се разпростира за почти два и половина декара.
Мравките като тези са склонни да поемат по най-краткия път между гнездото на колонията си и хранителен източник, следвайки клони, които се отклоняват възможно най-малко от посоката, в която са започнали своето пътуване. Вилиците в тяхната мрежа от пътеки, известни като бифуркации, не са симетрични и не се разклоняват на ъгли със същия размер. Но мравките използват ли сложно усещане за геометрия, за да проследят пътя си, измервайки ъглите на пътищата, преди да изберат един?
За да научат повече, изследователи от Ню Джърси технологичния институт (NJIT) и Изследователския център по познаване на животните във Франция използват миниатюрни роботи, за да възпроизведат поведението на колония от аржентински мравки в движение, съобщават днес в списанието PLOS Computational Biology . Този вид мравки има изключително лошо зрение и стрели наоколо с високи скорости, но въпреки това може да маневрира през коридор след коридор, от дома до храната и обратно.
Когато наоколо няма пречки, мравките предпочитат да ходят по права линия, без да се отклоняват от курса си. Хората също са такива: ако вървяхме по улица до ресторант, който е от същата страна на пътя, както и ние, нямаше да преминем към отсрещния тротоар, освен ако нещо не ни пречи. За да внесат в роботите това усещане за избягване на препятствия, изследователите ги програмират да избягват препятствия и да следват леки пътеки, които изследователите използват като заместител на покритите с феромон пътища.
„Алиса“, мъничък робот с размери два сантиметра (само по-малко от един инч), следвайки следа от светлина, използвайки два фоторецептора . Кредит: Саймън Гарние и др
След това на 10-те малки роботи в това проучване, наречени Alices, беше възложено задачата да се движат в среда, наподобяваща лабиринт, приблизително 60 до 70 пъти по-голяма от техния размер, от начална точка, представляваща вход за гнездо до крайна точка, обозначаваща хранителен източник. Два фоторецептора, имитиращи антенни мравки, откриха светлинни лъчи. Докато роботите пътували през лабиринта, изследователите въвели гаечен ключ в плановете на малките машини - в произволни точки от пътуването си роботите са били задействани да се завъртят, механизъм, предназначен за по-нататъшно имитиране на меандриращите походки на мравки, докато те пълзят по техните пътеки , Тези произволни завои се въртят под ъгъл не по-голям от 30 градуса, тъй като реалните мравки не са много ефективни при физическото извършване на U-завои .
В ускореното видео по-долу, изследователите тестваха навиците за навигация на Alices в сложна мрежа, като ги зареждаха с избора на най-краткия маршрут между тяхното „гнездо“ (вдясно) до „хранителен източник (вляво). Различните лъчи светлина, прожектирани върху лабиринта, промениха движенията на роботите вътре в мрежата, когато техните фоторецептори започнаха да действат.
Изследователите установили, че без да знаят геометрията на лабиринта, роботизираните мравки се държат точно както правят истинските мравки: правят малки произволни завои, но се движат в същата обща посока. Когато стигнаха до разклона на пътя, това накара роботите да изберат пътя, който се отклонява най-малко от първоначалната си траектория , въпреки че не бяха оборудвани за измерване на ъгли. Когато откриха лека следа, те се обърнаха да следват този път.
Според изследователите това означава, че на аржентинските мравки може да не е необходимо да използват сложни познавателни процеси, за да изчислят геометрията на различни пътеки. Но взимането на разклона по пътя, който води до най-краткия път до храна, значително увеличава успеха в цяла колония. Така че използването на феромони с интуитивно пространствено познание къде може да се намира храната, държи мравките на правилния път; тъй като повече мравки следват пътя към храната, феромоните стават по-концентрирани по пътя, като допълнително помагат да се насочат мравките, които тепърва ще пътуват. Всъщност навигационният метод за избор на правилната вилица по пътя утроява количеството хранителни мравки, които се връщат в гнездото си, отколкото ако разчитат само на феромони, казва водещият автор Саймън Гарние, професор по биология в NJIT.
„Ако имате само феромоните и не разполагате с този трик, вие сте по-малко ефективни, защото е по-вероятно да хванете мравките, хванати в бримки“, казва Гарние, който ръководи лабораторията Swarm на института, която изучава групата на насекомите поведение. „Така те ще подсилят пътя си около цикъла и те просто ще се забият в този цикъл и ще се завъртят и завиват завинаги.“
Подобна навигация може също да помогне за водене на мравки през подземни пътеки, които свързват различни части от техните гнезда. Използването на тези естествени навигационни инструменти позволява на изследователите да разберат по-добре вътрешната работа на колективното поведение на животните.
