A incrível engenharia das formigas e o que ela pode nos ensinar

Recentemente, filmagens de uma "ponte de formigas" formada para saquear um ninho de vespas viralizou pela internet, mostrando a impressionante capacidade das formigas em se organizarem para a busca de recursos. Apesar de ter feito sucesso recentemente, o vídeo é de 2018 e foi gravado na Costa Rica. 

Um grupo de formigas Eciton (chamadas, em inglês, de formigas de exército) formam uma espécie de ponte gigantesca para saquear um ninho de vespas.

As formigas de exército da espécie Eciton burchellii são conhecidas por seus vastos ataques de saque. Centenas de milhares de formigas fluem como um rio de seu ninho, vasculhando a selva à medida que se aproveitam de qualquer coisa incapaz de escapar do enxame.

Estas operações, dignas de batidas das melhores forças armadas, são empreendimentos enormes. Um único forrageamento pode ter 20 metros de largura e 100 metros de comprimento, compreendendo mais de 200.000 formigas, correndo a 13 centímetros por segundo, e recolhendo até 3.000 objetos de presa por hora.

Sim, tudo isso é formiga. Crédito da foto: Geoff Gallice

Para garantir um fluxo de tráfego eficiente, as formigas de exército constroem rodovias e pontes ao longo do áspero chão da floresta. Estas estruturas são construídas inteiramente com formigas operárias que unem seus corpos.

Como estas pequenas formigas cegas conseguem coordenar estas construções dinâmicas permanece em grande parte desconhecida, mas um novo estudo nos aproxima da resposta. Novas pesquisas publicadas nos Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS) descrevem, pela primeira vez, um tipo de estrutura de formiga auto-montada chamada de "andaime". Ele também introduz um modelo matemático de como os andaimes são formados, o que poderia ter implicações em vários campos da engenharia.

Andaimes para a segurança das formigas de exército

A pesquisa mostra que os andaimes agem como uma rede de segurança para as buscas das formigas de exército. Eles evitam que as formigas andantes escorreguem e caiam quando seu rastro corre ao longo de terrenos íngremes.

Andaimes que as formigas de exército formam em uma parede (Chris R Reid)

Os autores perseguiram as florestas do Panamá para encontrar enxames de formigas e depois redirecionaram suas trilhas ao longo de uma plataforma que poderia inclinar entre 20 e 90 graus a partir de uma posição horizontal.

E uma vez que um andaime estivesse instalado, o número de formigas em queda cairia quase até zero - mesmo através de uma superfície vertical.

As formigas raramente formavam andaimes em declives inferiores a 40 graus de inclinação, enquanto as inclinações mais acentuadas levavam a estruturas maiores e de crescimento mais rápido. Os andaimes também eram mais propensos a serem construídos quando muitas operárias transportavam presas pesadas.

Andaimes de formiga de exército formado em trilha íngreme (Simon Garnier)

Incríveis arquitetas de automontagem

As formigas são mestres da arquitetura coletiva. Várias espécies são documentadas para se auto montarem em estruturas funcionais para superar desafios em seus habitats.

Por exemplo, formigas tecelãs (do gênero Oecophylla) se alinham em equipes para formar "correntes de puxar", atuando como guinchos vivos para dobrar as folhas juntas ao construir seus ninhos no topo das árvores.

Formigas tecelãs formam correntes vivas que puxam e enrolam uma folha para fazer o ninho (Chris R Reid)

Colônias inteiras de formigas de fogo (Solenopsis invicta) escapam das inundações formando jangadas flutuantes que podem navegar por vários dias, até que a água se retire e a colônia possa pousar em terra com segurança.

As formigas de exército (do gênero Eciton), entretanto, dominaram esta habilidade e a estenderam a quase todos os aspectos de sua biologia. Ao longo de um único ataque de forragem, as formigas de exército podem formar centenas de tampões de poço.

Suas pontes, que abrangem vários comprimentos de corpo de formiga, ajudam a facilitar sua passagem sobre o solo irregular das florestas tropicais da América Central e do Sul. No final de cada dia, a colônia inteira se auto monta em um enorme ninho suspenso chamado "bivouac".

A automontagem em estruturas que são ordens de magnitude maior do que um indivíduo requer um grau extremo de coordenação.

Surpreendentemente, isto é conseguido sem nenhum líder ou projeto externo. Cada indivíduo só pode responder às interações locais com seus vizinhos e às mudanças no ambiente.

Descobrir como essas interações um-a-um entre indivíduos levam a formações complexas de grupos representa um desafio para os biólogos e uma oportunidade de ouro para os engenheiros.

Trabalhando em si mesmo para o bem da equipe

Os cientistas têm um nome para quando animais relativamente simples apresentam um comportamento sofisticado em nível de grupo: "emergência".
Pegue as ondulações hipnotizantes que fluem através de grupos de estorninhos enquanto eles evadem os predadores no ar, ou as ondas de fuga relâmpago vistas em cardumes de peixes. Uma vez pensou-se que tal coordenação era o resultado da comunicação telepática entre os membros do grupo.

Os cientistas agora sabem que interações simples um-a-um podem somar mais do que a soma de suas partes, explicando muito sobre os padrões em nível de grupo. Mas eles ainda não entenderam completamente como a informação em nível individual é combinada e filtrada para traduzir para uma resposta em nível de grupo.

A recente pesquisa sobre andaimes de formiga de exército fornece uma nova visão sobre esta frente, desenvolvendo um modelo teórico de construção de andaimes que se concentra em torno de um mecanismo simples.

Isto é: as formigas podem sentir o quanto elas estão escorregando, e são mais propensas a parar e se juntar aos andaimes quando sua taxa de escorregamento é alta.

As formigas não precisam se comunicar umas com as outras ou avaliar o tamanho da estrutura. As propriedades do grupo são modificadas simplesmente por indivíduos que detectam e corrigem seus próprios erros.

Aplicações futuras

A capacidade de formar estruturas complexas e adaptáveis usando uma quantidade mínima de sensoriamento e processamento de informações é extremamente valiosa para muitos campos da engenharia.

Ela poderia ajudar na rápida produção de produtos biológicos (biofabricação), projetando materiais auto-curativos como metais ou plásticos que se reparam quando danificados, e na robótica de enxame.

Por exemplo, um enxame de robôs simples, baratos e amplamente dispensáveis poderia ser implantado para explorar autonomamente ambientes perigosos, tais como zonas de desastre.

O enxame poderia se auto montar em estruturas que poderiam ajudá-la a preencher grandes lacunas, ou a escorar um edifício desmoronado - tudo isso enquanto localizava e resgatava os sobreviventes.

É crucial que estas habilidades não precisariam ser explicitamente programadas no repertório comportamental dos robôs.

Ao invés disso, as habilidades "emergiriam" de regras simples sobre como os robôs deveriam interagir uns com os outros, permitindo que o enxame se adaptasse a novos ambientes como nunca antes.

Por: Jonathan Pena Castro

Fontes: 1