JAKARTA - Les colonies de fourmis peuvent créer des maisons et des tunnels de plusieurs mètres sous terre qui abritent des millions d’insectes et durent des décennies. Bien que le tunnel a été fait sans l’utilisation de machines et de matériaux de renforcement.
Les secrets de cette impressionnante structure architecturale ont été découverts par l’imagerie à rayons X tridimensionnelle et des simulations informatiques et pourraient être utilisés pour développer des machines minières robotiques.
José Andrade du California Institute of Technology et ses collègues créent des colonies de fourmis miniatures dans des conteneurs contenant 500 millilitres de sol et 15 fourmis de récolte occidentales (Pogonomyrmex occidentalis). Les positions de chaque fourmi et de chaque grain de sol ont ensuite été capturées par des radiographies à haute résolution toutes les 10 minutes pendant 20 heures.
Les résultats des rayons X ont donné aux chercheurs des détails précis sur la forme de chaque tunnel et sur les grains qui ont été enlevés pour le créer. L’équipe a ensuite créé un modèle informatique à l’aide des scans pour comprendre les forces agissant sur les tunnels.
La taille, la forme et l’orientation de chaque grain sont recréées dans le modèle et la direction et la taille des forces sur chaque grain peuvent être calculées, y compris la gravité, le frottement et la cohésion causés par l’humidité. Ce modèle est précis avec une résolution de scanner de 0,07 millimètre.
Les résultats montrent que les forces dans le sol ont tendance à s’enrouler autour de l’axe du tunnel lorsque les fourmis creusent, formant ce que l’équipe appelle des « courbes » dans le sol qui sont plus grandes en diamètre que le tunnel lui-même.
Cela réduit la charge agissant sur les particules de sol à l’intérieur de l’arche, où les fourmis construisent leurs tunnels. En conséquence, les fourmis peuvent facilement éliminer ces particules pour prolonger le tunnel sans le faire s’effondrer. L’arche rend également le tunnel plus fort et plus durable.
« Nous pensions naïvement que les fourmis jouaient peut-être au Jenga, elles frappaient, secouaient peut-être les grains, peut-être même attrapaient-elles les grains les moins résistants », a déclaré Andrade.
Il dit qu’il est maintenant clair que les fourmis semblent ne rien savoir sur le pouvoir et ne montrent aucun signe de prise de décisions, mais suivent plutôt un algorithme comportemental très simple qui a évolué au fil du temps.
Les fourmis ont tendance à creuser des tunnels relativement droits qui descendent à un angle de repos - une pente où le matériau granulaire forme naturellement des monticules - qui dans ce cas est d’environ 40 degrés. Ils choisissent également le bon grain à enlever pour créer une arche de protection sur le dessus.
« D’une manière extraordinaire, ils ont trouvé une technique de fouille conforme aux lois de la physique, mais très efficace », a déclaré Andrade.
L’équipe estime que si l’algorithme comportemental peut être analysé plus avant et éventuellement répliqué, il pourrait trouver des applications dans des robots miniers automatisés. Ni sur Terre ni sur aucune autre planète où l’activité minière déjà risquée serait plus dangereuse pour l’homme.
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