Semut api dapat membangun alike miniatur Menara Eiffel dari tubuh mereka sendiri, dan serangga terus membangun kembali struktur untuk menyelamatkannya dari keruntuhan, sebuah studi baru menemukan.
Serangga merangkak naik turun struktur ini dalam sebuah fenomena yang menyerupai air mancur gerak lambat secara terbalik, kata periset.
Temuan studi baru ini dapat membantu menyebabkan kawanan robot yang dapat menggunakan tubuh mereka sendiri untuk membentuk struktur 3D yang kompleks, para ilmuwan menambahkan.
Membangun rakit
Semut api (Solenopsis invicta) berkembang 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 dirinya menjadi rakit yang bisa bertahan selama berbulan-bulan.
Semut api bisa menggunakan bantalan lengket di ujung kaki mereka untuk saling menautkan dan membentuk rakit berbentuk pancake. Studi tahun 2011 menemukan bahwa setiap exoskeleton antera dapat menjebak gelembung udara dan menjadi sedikit air. Tenun koloni bersama-sama mengarah pada efek waterproofing yang lebih kuat yang membuat rakit mengering saat mengapung di air. [Video: Watch Semut Api Membangun Rakit]
Jika rakit semut menemukan tempat yang optimal untuk menetap, mereka bisa membentuk menara berbentuk lonceng yang bertindak sebagai tempat penampungan sementara akibat banjir. Struktur ini masing-masing terdiri dari ratusan ribu semut dan mencapai lebih dari 30 semut; Sampai sekarang, ini adalah misteri bagaimana semut bisa membangun struktur setinggi itu dari tubuh mereka sendiri tanpa harus hancur, kata periset dalam penelitian baru.
Menara tenggelam
Tovey dan rekan-rekannya secara tidak sengaja menemukan rahasia struktur tinggi saat mereka bereksperimen dengan koloni semut api yang dikumpulkan dari pinggir jalan di dekat Atlanta. Para peneliti membuat penemuan ketika “kami secara tidak sengaja meninggalkan kamera video yang berjalan selama satu jam ekstra setelah semut selesai membangun menara mereka,” kata Tovey kepada Live Science.
Rekan penulis studi Nathan Mlot, juga seorang ahli biologi di Institut Teknologi Georgia, “terlalu baik ilmuwan untuk membuang data,” kata Tovey. “Tapi dia tidak mau menyia-nyiakan waktu menonton selama satu jam, jadi dia memutar video itu beberapa kali dengan kecepatan biasa.”
Untuk mendorong semut membangun menara, para peneliti menempatkannya dalam kotak yang jelas yang memiliki batang plastik yang menonjol dari lantai mereka. Batang ini berfungsi sebagai pendukung semut yang bisa membangun struktur yang terbuat dari tubuh mereka sendiri. Dalam percobaan berikutnya, menara yang dibangun semut berkisar antara 0,28 sampai 1,18 inci (7 sampai 30 milimeter) tinggi dan dibangun dalam waktu 17 sampai 33 menit. Para periset mencatat bahwa menara semacam itu kemungkinan berbentuk bel karena dalam bentuk itu, masing-masing komponen memiliki beban yang sama.
Dengan kecepatan tinggi, para periset dapat melihat bahwa menara terus-menerus tenggelam, seperti semut di dalam kedalaman struktur terowongan dari tumpukan serangga di sekitar mereka. Namun, strukturnya terus dibangun kembali, karena semut menyusuri sisi menara.
“Saya sangat terkejut bahwa menara semut terus-menerus tenggelam dan dibangun kembali,” kata Tovey. “Saya pikir semut berhenti dibangun begitu menara itu lengkap. Bentuknya tetap sama – siapa yang menduga semut itu beredar melalui struktur yang tidak berubah?”
Konstruksi tanpa tujuan
Untuk mengkonfirmasi temuan mereka, para peneliti mencampur zat warna berbasis yodium ringan menjadi air minum dari beberapa serangga dan kemudian menempatkan koloni tersebut di 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 beratnya rata-rata sekitar 1 miligram, dapat menopang hingga sekitar 750 kali beratnya dan hidup untuk menceritakan kisah tersebut. Namun, eksperimen tersebut juga mengemukakan bahwa di menara, setiap semut nampaknya merasa paling nyaman menopang hingga tiga semut di punggungnya – lagi, dan mereka menyerah dan pergi begitu saja, kata Tovey.
Para periset mencatat bahwa struktur ini dibangun tanpa adanya pemimpin atau upaya terkoordinasi. Sebaliknya, setiap semut hanya berkeliaran tanpa tujuan, mengikuti seperangkat aturan tertentu yang bisa membantunya membangun menara. Model komputasi yang dikembangkan peneliti dapat memprediksi secara akurat bentuk menara dan tingkat pertumbuhan, kata studi tersebut.
“Untuk membangun struktur Menara Eiffel yang tinggi dan kokoh, semut tampaknya mengikuti peraturan perilaku sederhana yang sama seperti yang mereka ikuti untuk membangun rakit mengambang berbentuk panekuk di atas air,” kata Tovey. “Sungguh luar biasa bahwa dua bentuk berskala besar yang dibentuk oleh kelompok semut sangat 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 daerah,” kata Tovey. “Mereka luar biasa, yang di depan saling berpelukan, menjuntai ke bawah dan ke luar ke sisi yang lain, dan mencengkeram dengan kuat di setiap ujungnya. Sisa semut lainnya melintasi jembatan. Kemudian, semut yang menyusun jembatan itu mendekonstruksinya mulai Dari sisi pertama, jadi pada akhirnya, semua semut sudah sampai ke sisi lain. ”
Penelitian semacam itu bisa membantu menginspirasi penciptaan kawanan robot yang bisa membangun struktur kompleks dari tubuh mereka, kata Tovey.
“Periset robotika telah memiliki beberapa keberhasilan untuk mendapatkan sebuah armada robot untuk membentuk pola dua dimensi seperti persegi panjang, namun mereka belum menemukan cara membuat robot membentuk struktur tiga dimensi yang stabil,” kata Tovey. “Penelitian ini mungkin menunjukkan bagaimana melakukan itu.
“Sebagai contoh, misalkan kita mengirim beberapa ratus robot kecil melalui sebuah lubang kecil ke dalam bangunan yang roboh untuk mencari korban selamat, atau untuk menjelajahi daerah yang tidak diketahui di Mars,” kata Tovey. “Kadang-kadang, robot harus bekerja sama untuk menyeberangi celah-celah atau memanjat tebing curam. Di lain waktu, mereka harus menyebar. Penelitian ini dapat membantu kita memahami bagaimana merancang pengontrol individual mereka sehingga mereka dapat secara kooperatif menyelesaikan tugas yang berbeda dalam situasi yang berbeda. . ”
Meski begitu, mungkin sulit menciptakan robot yang bisa melakukan semut apa pun yang bisa dilakukan, katanya. “Berulangkali menjatuhkan semut dari jarak 6 kaki [1,83 meter], dan tidak akan terluka. Turunkan robot dari jarak enam kaki seratus kali dan semoga sukses,” kata Tovey.
