Pesquisadores usaram robôs em miniatura para imitar como as formigas reais manobram suas próprias redes. Crédito: Simon Garnier, et al
Para as formigas, as trilhas de forrageamento carregadas de feromônio deixam para trás são como linhas de vida: elas direcionam os trabalhadores para os centros de alimentos descobertos mais cedo e ajudam a guiá-los de volta ao ninho.
Essas redes de trilhas podem se estender por centenas de metros, uma grande conquista, considerando que muitas formigas operárias são menos da metade uma polegada em comprimento. Um tipo de formiga colheitadeira pode estabelecer um conjunto de trilhas (PDF) que se estendem a 22 metros da entrada do ninho. Os rastros de uma formiga de madeira, um inseto medindo apenas cinco milímetros, chega a 656 pés, cada um se ramificando em mais vias em até 10 pontos em cada trilha. A formiga cortadeira de folhas pode construir uma rede que se espalha por quase dois acres e meio.
Espécies de formigas como essas tendem a tomar o caminho mais curto entre o ninho de sua colônia e uma fonte de alimento, seguindo ramos que se afastam o mínimo possível da direção em que começaram sua jornada. Os garfos em sua rede de trilhas, conhecidos como bifurcações, não são simétricos e não se ramificam em ângulos do mesmo tamanho. Mas as formigas usam um senso sofisticado de geometria para traçar seu caminho, medindo os ângulos das estradas antes de escolher uma?
Para aprender mais, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey (NJIT) e do Centro de Pesquisa em Cognição Animal na França usaram robôs em miniatura para replicar o comportamento de uma colônia de formigas argentinas em movimento, relatou hoje na revista PLOS Computational Biology . Esta espécie de formiga tem visão extremamente pobre e arremessa em alta velocidade, mas pode manobrar através de corredor após corredor, de casa para comida e vice-versa.
Quando não há obstáculos, as formigas preferem andar em linha reta sem se desviar do curso. As pessoas também são assim: se estivéssemos andando por uma rua até um restaurante que fica do mesmo lado da estrada, não cruzaríamos a calçada oposta, a menos que algo estivesse bloqueando nosso caminho. Para imbuir esse senso de impedimento de obstáculos nos robôs, os pesquisadores os programaram para evitar obstáculos e seguir rastros de luz, que os pesquisadores usaram como um substituto para caminhos revestidos de feromônio.
Uma “Alice”, um minúsculo robô medindo dois centímetros (apenas menos de uma polegada), seguindo um rastro de luz usando dois fotorreceptores . Crédito: Simon Garnier, et al
Os 10 robôs minúsculos deste estudo, chamados Alices, foram então encarregados de navegar em um ambiente de labirinto de aproximadamente 60 a 70 vezes seu tamanho, de um ponto de partida representando uma entrada de ninho até um ponto final significando uma fonte de alimento. Dois fotorreceptores, imitando antenas, detectaram feixes de luz. Enquanto os robôs viajavam pelo labirinto, os pesquisadores introduziram uma chave nos planos das máquinas pequenas - em pontos aleatórios em sua jornada, os robôs foram acionados para girar, um mecanismo destinado a imitar ainda mais as andanças sinuosas das formigas à medida que elas se arrastavam por seus caminhos. . Essas curvas aleatórias são giradas em ângulos não superiores a 30 graus, pois as formigas reais não são muito eficientes em fazer inversões de marcha fisicamente .
No vídeo acelerado abaixo, os pesquisadores testaram as habilidades de navegação dos Alices em uma rede complexa, cobrando-lhes a escolha da rota mais curta entre o seu “ninho” (à direita) para uma “fonte de alimento (esquerda). Feixes de luz variados projetados no labirinto mudaram os movimentos dos robôs dentro da rede quando os fotorreceptores entraram em ação.
Os pesquisadores descobriram que, sem qualquer conhecimento da geometria do labirinto, as formigas robóticas se comportavam exatamente como as formigas reais: elas faziam pequenas curvas aleatórias, mas moviam-se na mesma direção geral. Quando chegaram a uma bifurcação na estrada, isso levou os robôs a escolher o caminho que menos se desviou de sua trajetória inicial , apesar de não estarem equipados para medir quaisquer ângulos. Quando eles detectaram uma trilha leve, eles se viraram para seguir esse caminho.
Os pesquisadores dizem que isso significa que as formigas argentinas podem não precisar usar processos cognitivos complexos para calcular a geometria de várias trilhas. Mas pegar o garfo na estrada que leva ao caminho mais curto para a comida aumenta muito o sucesso de forrageamento para uma colônia inteira. Portanto, o uso de feromônios com um conhecimento espacial intuitivo de onde os alimentos podem estar mantém as formigas no caminho certo; à medida que mais formigas seguem o caminho para a comida, os feromônios se tornam mais concentrados ao longo do caminho, ajudando ainda mais a orientar as formigas que ainda não viajaram. Na verdade, o método de navegação para escolher o garfo correto na estrada triplica a quantidade de comida que as formigas devolvem ao ninho do que se dependessem apenas de feromônios, diz Simon Garnier, professor de biologia do NJIT.
"Se você tem apenas os feromônios e não tem esse truque, você é menos eficiente porque é mais provável que as formigas sejam presas em loops", diz Garnier, que dirige o laboratório Swarm Lab do instituto, que estuda o grupo de insetos. comportamento. "Então, eles vão reforçar o seu caminho em torno do loop, e eles só vão ficar presos neste loop e vire e vire para sempre."
Essa navegação também pode ajudar a orientar as formigas através de caminhos subterrâneos que conectam diferentes partes de seus ninhos. Replicar essas ferramentas de navegação natural permite aos pesquisadores entender melhor o funcionamento interno do comportamento animal coletivo.
