Les fourmis de feu sont un exemple classique de comportement collectif, capables de se comporter en tant qu’individus et également de se regrouper pour former des radeaux flottants en réponse aux inondations. Maintenant, une paire d’ingénieurs en mécanique de l’Université du Colorado à Boulder a identifié quelques règles simples qui semblent régir la façon dont les radeaux flottants de fourmis de feu se contractent et étendent leur forme au fil du temps, selon un nouvel article publié dans la revue PLOS Computational Biology. L’espoir est qu’en acquérant une meilleure compréhension des règles simples qui sous-tendent le comportement des fourmis de feu, les ingénieurs pourront développer de meilleurs algorithmes contrôlant l’interaction des essaims de robots.
Les radeaux de fourmis de feu ne sont pas une question de puissance intellectuelle ou de planification minutieuse. « Ce comportement pourrait, essentiellement, se produire spontanément », a déclaré le co-auteur Robert Wagner. « Il n’est pas nécessairement nécessaire qu’il y ait une prise de décision centrale par les fourmis. »
En effet, « les fourmis célibataires ne sont pas aussi intelligentes qu’on pourrait le penser, mais, collectivement, elles deviennent des communautés très intelligentes et résilientes », a déclaré le co-auteur Franck Vernerey.
Comme nous l’avons signalé précédemment, quelques fourmis bien espacées se comportent comme des fourmis individuelles. Mais emballez-les suffisamment étroitement ensemble et ils se comportent davantage comme une seule unité, présentant à la fois des propriétés solides et liquides. Ils peuvent former des radeaux ou des tours, et vous pouvez même les verser d’une théière comme un fluide. Les fourmis de feu excellent également dans la régulation de leur propre flux de trafic.
Toute fourmi a un certain degré d’hydrophobie, c’est-à-dire la capacité de repousser l’eau. Cette propriété est intensifiée lorsqu’ils s’unissent, tissant leurs corps comme un tissu imperméable. Les fourmis ramassent tous les œufs, remontent à la surface via leurs tunnels dans le nid et, à mesure que les eaux de crue montent, elles se mordillent mutuellement avec leurs mandibules et leurs griffes jusqu’à ce qu’une structure plate en forme de radeau se forme. Chaque fourmi se comporte comme une molécule individuelle dans un matériau, par exemple des grains de sable dans un tas de sable.
Les fourmis peuvent accomplir cela en moins de 100 secondes. De plus, le radeau de fourmis est « auto-réparateur »: il est suffisamment robuste pour que s’il perd une fourmi ici et là, la structure globale puisse rester stable et intacte, même pendant des mois d’affilée. En bref, la fourmi radeau est un superorganisme.
En 2019, des chercheurs de Georgia Tech ont démontré que les fourmis de feu peuvent détecter activement les changements de forces agissant sur le radeau dans différentes conditions de fluide et adapter leur comportement en conséquence pour préserver la stabilité du radeau. Par exemple, avec une force de cisaillement, la surface du radeau était beaucoup plus petite que lorsque les fourmis ne rencontraient que la force centrifuge. Les fourmis subissent ce dernier quel que soit l’endroit où elles sont positionnées dans le radeau de fourmis, alors que seules les fourmis à la frontière subissent la force de cisaillement la plus forte. Les scientifiques ont émis l’hypothèse que les plus petits radeaux sont le résultat de fourmis essayant d’éviter d’être aux limites, minimisant la surface dans le processus.
Hungtang Ko
L’équipe de Georgia Tech a également noté que les fourmis de feu dans un radeau explorent davantage si le radeau est immobile – s’étendant généralement horizontalement, mais aussi verticalement, construisant des structures temporaires en forme de tour dans l’espoir de trouver une branche suspendue à laquelle s’accrocher pour se remettre à sécher. terre. Il y aura beaucoup moins de comportement exploratoire si le radeau de fourmis tourne en réponse à des forces centrifuges ou de cisaillement.
La nouvelle recherche de Vernerey et Wagner s’appuie sur une étude qu’ils ont publiée l’année dernière. Ils ont mené des expériences en laissant tomber des hordes de fourmis de feu dans un seau d’eau avec une tige verticale en plastique au milieu, puis ils ont surveillé le comportement de construction du radeau des fourmis au cours des huit heures suivantes. L’idée était d’observer l’évolution des radeaux dans le temps. Les ingénieurs ont remarqué que les radeaux ne gardaient pas la même forme. Parfois, les structures se comprimaient en cercles denses de fourmis. D’autres fois, les fourmis commençaient à se déployer pour former des extensions en forme de pont, utilisant parfois les extensions pour s’échapper des conteneurs. Cela suggère que le comportement sert un avantage évolutif.
Les deux ingénieurs ont été fascinés par la façon dont les fourmis ont obtenu ces changements de forme grâce à un processus qu’ils ont surnommé « le tapis roulant ». Les radeaux comprennent essentiellement deux couches distinctes. Les fourmis sur la couche inférieure servent un objectif structurel, constituant la base stable du radeau. Mais les fourmis de la couche supérieure se déplacent librement au-dessus des corps liés de leurs frères de la couche inférieure. Parfois, les fourmis se déplacent du bas vers la couche supérieure ou de la couche supérieure vers la couche inférieure dans un cycle que Wagner appelle « un tapis roulant en forme de beignet ».