Ciencias

Ingeniería de hormigas: ¿un líquido y un sólido?

Ingeniería de hormigas: ¿un líquido y un sólido?

Investigadores de la Universidad de Georgia descubrieron características fascinantes en las especies de hormigas bravas, incluida su increíble flotabilidad y tendencia a actuar como un fluido y sólido que podría tener aplicaciones potenciales en la ingeniería de materiales moderna.

Las hormigas son criaturas peculiares, superando en número a los humanos. un millón a uno. Las hormigas diseñan casas complejas con vías respiratorias, vías fluviales, hospitales y más. Aún más intrigantes son las hormigas de fuego, específicamente la forma en que interactúan entre sí y con el medio ambiente. Como una sola unidad, las hormigas de fuego poseen todas las ingeniosas cosas genéricas que el resto de la especie puede hacer; son fuertes y todavía sirven bajo una reina. Pero como unidad, las hormigas de fuego demuestran hazañas peculiares, como convertirse en una balsa viva, actuar como un fluido y al mismo tiempo actuar como un material sólido.

Las hormigas son notablemente sociales y dependen unas de otras para su propia supervivencia. Cuando están juntas, las hormigas actúan como una sola unidad, comparable a un líquido, o como describe Georgia Tech, como el ketchup. Cuando se dejó caer un centavo sobre la colección de hormigas, los insectos desconectaron temporalmente sus agarres entre sí para permitir que el centavo fluyera a través de la colonia, y luego se autoensamblaron nuevamente después de que pasó la moneda.

La colección de hormigas tiene la capacidad de cambiar de forma y actuar de diferentes maneras en función de las tareas en cuestión para interactuar mejor con el entorno. El agua para una sola hormiga suele ser mortal, pero para las hormigas bravas puede ser un excelente método de transporte. Cuando llega la inundación, las hormigas se autoensamblan en una masa "sólida" que tiene una flotabilidad increíble que las mantiene por encima del agua, altas y secas (a menos que, por supuesto, sean las que están en el fondo). También se sabe que las hormigas construyen puentes y atraviesan huecos muchas veces la longitud de su propio tamaño.

"No es diferente al ketchup"

Dice Alberto Fernández-Nieves, profesor de la Facultad de Física.

“Cuanto más apriete, más fácil fluirá. Pero con las hormigas, esto sucede de manera mucho más dramática que con el ketchup ".

Que esta pasando?

Una investigación realizada en el Instituto de Tecnología de Georgia afirma que las hormigas pueden realizar estas magníficas hazañas porque los insectos actúan como un líquido y un sólido simultáneamente, hormigas superfluidas si se quiere. Las hormigas se colocaron dentro de un reómetro (vea la imagen a continuación, esencialmente un dispositivo que prueba las propiedades sólidas y líquidas de los alimentos) donde se hicieron girar a velocidades constantes desde aproximadamente 0,0001 rpm hasta aproximadamente 100 rpm. Los investigadores descubrieron que cuando se giraba a velocidades más altas, el comportamiento de las hormigas vivas era similar al de las hormigas muertas: bajo fuerzas más altas, las hormigas se soltaron y jugaron muertas a pesar de tener la fuerza para aguantar mucho más tiempo (don ' No te preocupes, estaban bien). Se descubrió que las hormigas hacían esto para proteger a las otras hormigas de resultar heridas o asesinadas por las fuerzas, a pesar de querer permanecer juntas como una colonia.

Hormigas en el reómetro, una máquina que prueba la respuesta sólida y líquida de los materiales [Fuente de la imagen: Georgia Tech]

"Las hormigas parecen tener un interruptor de encendido / apagado en el que sueltan fuerzas aplicadas suficientemente grandes",

Dice David Hu, otro profesor de la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff.

"A pesar de querer estar juntos, se sueltan y se comportan como un fluido para evitar lesionarse o morir".

El mismo mecanismo se descubrió en el experimento de la gota de un centavo. Las hormigas fluyeron alrededor de la moneda para permitir que se hundiera hasta el fondo donde no puede causar daño. Sin embargo, cuando las hormigas fueron pinchadas (científicamente), responden como un resorte y rápidamente vuelven a su forma original, demostrando aspectos generalmente atribuidos a sustancias sólidas como el caucho.

Las hormigas actúan como un material sólido y elástico [Fuente de la imagen: Georgia Tech]

"Este es el sello distintivo del comportamiento viscoelástico",

Dijo Fernández-Nieves.

"Las hormigas exhiben una respuesta elástica cuando se sondean en períodos cortos, pero se comportan como un fluido en períodos más largos".

Se determinó que las hormigas son igualmente sólidas y líquidas. Permitiéndoles adaptarse a diferentes escenarios ambientales, dándoles una ventaja con su doble especialidad.

Las hormigas actúan como un líquido y un sólido mientras que algunas "fluyen" desde el fondo mientras algunas permanecen "sólidas" - Similar a un fluido no newtoniano [Fuente de la imagen: Georgia Tech]

"Sorprendentemente, el comportamiento observado es similar al que se observa en materiales que no están vivos, como los geles de polímero justo en el punto en que se convierten en gel".

dijo Fernández-Nieves.

“Esto es bastante desconcertante, y ahora estamos realizando muchos más experimentos para tratar de comprender de dónde surgen estas similitudes y cuánto se pueden impulsar. Es de esperar que hacer esto amplíe nuestra forma actual de pensar acerca de los materiales, que como las hormigas, están activos y, por lo tanto, fuera de equilibrio. Hay un trabajo mucho más interesante que planeamos hacer con las hormigas ".

La característica desconcertante de las hormigas es comparable a aprovechar al máximo un paquete de gelatina. En el punto máximo, sería algo sólido, pero también algo líquido. La gelatina es similar a las propiedades de las hormigas, actuando como un sólido y un líquido. Pero quizás lo más desconcertante de las hormigas es la forma en que se adaptan después de dividirse por la mitad.

"Son como metal líquido, como esa escena de la película Terminator".

Dice Hu, quien afirma que la flexibilidad de las hormigas les permite disfrutar de lo mejor de ambos lados y aprovechar muchas situaciones. En lugar de separarse y dispersarse, las hormigas trabajan juntas y permiten el paso de materiales y luego se reconectan para crear una masa "sólida".

[Fuente de imagen:Georgia Tech]

Las hormigas tienen la capacidad de actuar como un líquido, pero también tienen la capacidad de flotar como una balsa sólida. Los estudios actuales están tratando de determinar si las habilidades de las hormigas se pueden atribuir y recrear en otros materiales para crear propiedades de autoensamblaje y autocuración que podrían tener aplicaciones en muchas áreas, incluida la robótica y los sectores militares. Por ahora, las misteriosas y sorprendentes criaturas siguen siendo una maravilla de la ingeniería con sus ingeniosas técnicas de supervivencia que, pronto, los ingenieros humanos podrán recrear.

VEA TAMBIÉN: Robots cooperativos escalan paredes como hormigas

Escrito por Maverick Baker

Ver el vídeo: Proceso de Lombricultura - Centro América (Octubre 2020).