Sepa lo que sucede en el dentro de un hormiguero es una vieja aspiración humana. Debajo de nuestros pies, estos pequeños insectos excavan un red de túneles de decenas de metros, cuya complejidad nada tiene que envidiar a nuestras obras de ingeniería. Durante siglos, los sistemas para mirar hacia adentro han sido bastante toscos: se colocaron en terrarios con cara transparente o, en la forma más agresiva, se vertió metal fundido en la boca del hormiguero y se deja enfriar para quitar un moho de su red de túneles y estructuras internas.

Pero el ingeniero Jose Andrade y su equipo en el Instituto de Tecnología de California (Caltech) tenían herramientas a mano que, en sus propias palabras, permitido “ver como Superman” y asómate a este mundo secreto por primera vez para responder a una pregunta: ¿cuál es la estrategia que siguen las hormigas a la hora de construir sus redes de túneles sin que el suelo se hunda a su paso?

En un trabajo publicado esta semana en la revista PNAS, Andrade y sus colaboradores describen una serie de experimentos llevados a cabo a partir de una primera hipótesis. Los autores intuyeron que las hormigas estaban “jugando” con las fuerzas terrestres a medida que avanzaban, pero ¿cómo demostrarlo? “Nuestro punto de partida fue comprender si las hormigas tenían alguna forma de detectar fuerzas y, por así decirlo, jugar a la manchaJenga-Ese jueguito en el que coges un bloque y si coges el que no está, tu torre se cae ”, explica Andrade a Vozpópuli.

Como ingeniero civil, Andrade había estado trabajando en modelos matemáticos durante años para comprender cómo las partículas granulares generan fuerzas en las estructuras y tenía una amplia experiencia en el uso técnicas de rayos x. Debido a la participación de Caltech en los programas de investigación de la NASA, Andrade también estaba interesado en copiar Estrategias de construcción de la naturaleza, con miras a la exploración espacial..

“Recuerdo que me encontré con una foto de un nido de hormigas que había sido exhumado con metal fundido y que era del tamaño de una persona”, explica Andrade. “Me sorprendió que las hormigas hubieran construido una ciudad, una Metro de Los Ángeles; ahí fue cuando me di cuenta de que podría ser muy interesante entender la mecánica de cómo sucede todo esto dentro de los túneles ”. Y, como tenían el sistema que les permitía ver a través del terreno, empezaron a pensar en “cómo usarlo para hacer ciencia”.

Superman mira el hormiguero

La primera fase de los experimentos llevados a cabo por Andrade y su equipo consistió en colocar grupos de 15 hormigas cosechadoras occidentales (Pogonomyrmex occidentalis) una serie de contenedores con tierra. En cada uno de los recipientes, “del tamaño de una pinta de cerveza”, los investigadores adjuntaron cámaras de rayos X que tomaron fotografías cada 10 minutos durante varios días para registrar la construcción del túnel en tiempo real. “Con las radiografías pudimos ver exactamente la progresión de los túneles y los movimientos de cada grano“, Explica el investigador principal,” pero eso solo te permite ver el movimiento del material, pero no te dice nada sobre las cargas y fuerzas”.

Para comprender mejor lo que estaba sucediendo, tuvieron que construir un modelo de computadora que explicara qué fuerzas actuaban a medida que avanzaba el túnel. “Ahí es donde usamos lo que yo llamo ‘magia”, explica Andrade, divertido. “Construimos un modelo computacional que era una reproducción exactamente igual que el real, Grabo a grano, y obedece a las mismas leyes de la física, pero tiene la ventaja de que sí, puede decirte cuáles son los esfuerzos”. Y así fue como, después de dos años de experimentos, entendieron lo que hacían las hormigas.

A medida que hacen un túnel, las fuerzas se redistribuyen y les permiten cavar más fácilmente.

“Lo que vimos fue que cuando las hormigas comienzan a hacer túneles, esos esfuerzos comienzan a redistribuir y lo hacen de una manera muy particular, le dan estabilidad y le permiten excavar con mayor facilidad ”, explica a Andrade. Al ver las visualizaciones realizadas a partir del modelo, el truco que permite a las hormigas avanzar sin colapsar el suelo se comprende mejor.

En la situación inicial, las fuerzas se distribuyen aleatoriamente, pero a medida que avanza cada hormiga, se retira granos que requieren menos esfuerzo para eliminar, a menudo las más pequeñas, las fuerzas alrededor del terreno se redistribuyen y generar una especie de “arco” que refuerza la estructura en sí y no permitas que se caiga.

“A medida que avanzan las hormigas”, explica Andrade, “las fuerzas experimentan una redistribución, comienzan a tener una especie de arco alrededor de ese túnel, y este efecto de arco los hace muy mas estable”. Básicamente, la evolución ha favorecido la solución más simple, que consiste en retirar gradualmente los elementos menos rígidos, excavando de forma lineal respetando el ángulo de reposo del material y comenzando a excavación adherida a alguna superficie, como la pared del contenedor, para promover la estabilidad. “Este mismo truco les ayuda a limpiar para ampliar sus túneles y tener un mejor tráfico”, dice el ingeniero de Caltech.

Hormigas jugando a “Jenga”

En resumen, dice Andrade, al final las hormigas lo hacen Están “jugando” a Jenga, pero sin saberlo. “Lo que probablemente está sucediendo es que la evolución ha favorecido lo que mi colega Joe Parker llamar a un “Algoritmo de comportamiento” en la colonia de hormigas, lo que ha permitido a la colonia excavar de una forma alienada con las leyes de la física ”. “Y esa es la magia del mundo natural, no lo hacen por diseño”, concluye. “Las hormigas que utilizaron la estrategia de excavación óptima no sobrevivieron”.

Por el momento, Andrade y sus colaboradores desconocen hasta qué punto la estrategia de la hormiga será utilizada por otros seres vivos, aunque sospechan que otros animales más grandes, como los lunares, usarán diferentes aproximacionesporque no quitan la arena grano a grano. La intención de su equipo es estudiar más a fondo este algoritmo de comportamiento para ver si son capaces de unaaplicarlo a los sistemas de excavación automatizados. Y quién sabe si algún día no permitirán la fabricación de robots que excaven en otros planetas siguiendo la estrategia de las hormigas.

Referencia: Descubriendo la mecánica de túnel de hormigas 3D en tiempo real (PNAS)