Ateş karıncaları, Georgia ve Texas gibi güney eyaletlerinin belası olabilir, ancak bilimsel olarak, kolektif davranış örneği olarak sonsuz büyüleyicidirler. Birbirinden iyi aralıklı birkaç ateş karıncası, bireysel karıncalar gibi davranır. Ancak bunlardan yeterince yakın bir şekilde paketlenir ve hem katı hem de sıvı özellikler sergileyen tek bir birim gibi davranırlar. Ani sel baskınlarından kurtulmak için sallar oluşturabilirler, kendilerini kuleler haline getirebilirler ve hatta onları bir sıvı gibi bir çaydanlıktan bile dökebilirsiniz.
2018’de Georgia Tech yüksek lisans öğrencisi olarak bu büyüleyici yaratıkları incelemeye başlayan Princeton Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Hungtang Ko, “Toplanmış, neredeyse ‘aktif madde’ olarak bilinen bir malzeme olarak düşünülebilirler” dedi. (Ve evet , pek çok kez soktu.) Ateş karıncası sallarının fiziğini araştıran iki yeni makalenin ortak yazarıdır. Bioinspiration and Biomimetics (B&B) dergisinde yayınlanan ilki, ateş karınca sallarının akan suda statik su koşullarına kıyasla nasıl davrandığını araştırdı.
Physical Review Fluids dergisinde yayınlanmak üzere kabul edilen ikincisi, ilk etapta ateş karıncalarının salları oluşturmak için bir araya geldikleri mekanizmayı araştırdı. Ko ve diğerleri. Birincil mekanizmanın sözde “Cheerios etkisi” gibi göründüğünü görünce biraz şaşırdılar – sütte yüzen son Cheerios’ların kasede bir araya toplanma, merkeze doğru sürüklenme veya dış kenarlar.
Tek bir karınca belirli bir miktarda hidrofobiye, yani suyu itme yeteneğine sahiptir. Birbirlerine bağlandıklarında bu özellik yoğunlaşır, vücutlarını su geçirmez bir kumaş gibi örerler. Karıncalar yumurtaları toplar, yuvadaki tünellerden yüzeye çıkarlar ve sel suları yükseldikçe, düz sal benzeri bir yapı oluşana kadar çeneleri ve pençeleriyle birbirlerinin bedenlerini çiğnerler. Her karınca, bir malzemede, örneğin bir kum yığınındaki kum taneciklerinde ayrı bir molekül gibi davranır. Karıncalar bunu 100 saniyeden daha kısa bir sürede gerçekleştirebilir. Ayrıca, karınca salı “kendi kendini iyileştirebilir”: Orada burada bir karınca kaybederse, genel yapı aylarca bile sabit ve bozulmadan kalabilecek kadar sağlamdır.
2019’da Ko ve meslektaşları, ateş karıncalarının yüzen sallarına etki eden kuvvetlerdeki değişiklikleri aktif olarak algılayabildiklerini bildirdi. Karıncalar, farklı sıvı akış koşullarını fark ettiler ve salın stabilitesini korumak için davranışlarını buna göre uyarlayabilirler. Nehir suyunda hareket eden bir kürek, bir dizi dönen girdap (girdap dökülmesi olarak bilinir) yaratacak ve karınca sallarının dönmesine neden olacaktır. Bu girdaplar ayrıca sal üzerine, onu parçalamaya yetecek fazladan kuvvet uygulayabilir. Sal üzerine etki eden hem merkezkaç hem de kesme kuvvetlerindeki değişiklikler oldukça küçüktür – belki normal yerçekimi kuvvetinin yüzde 2 ila yüzde 3’ü. Ancak bir şekilde karıncalar bu küçük değişimleri vücutlarıyla hissedebilirler.
Bu yılın başlarında, Boulder Colorado Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, yüzen ateş karıncaları sallarının zaman içinde nasıl büzüldüğünü ve şekillerini nasıl genişlettiğini yöneten birkaç basit kural belirlediler. O zaman bildirdiğimiz gibi, bazen yapılar yoğun karınca çemberlerine sıkışırdı. Diğer zamanlarda, karıncalar, bazen uzantıları kaplardan kaçmak için kullanarak, köprü benzeri uzantılar (sözde bacaklılar) oluşturmak için yayılmaya başlardı.
Karıncalar bu değişiklikleri nasıl başardı? Sallar esas olarak iki ayrı katmandan oluşur. Alt tabakadaki karıncalar, salın sabit tabanını oluşturan yapısal bir amaca hizmet eder. Ancak üst katmandaki karıncalar, alt katmandaki kardeşlerinin bağlantılı bedenlerinin üzerinde serbestçe hareket eder. Bazen karıncalar, halka şeklindeki bir koşu bandına benzeyen bir döngü içinde alttan üst katmana veya üst katmandan alt katmana doğru hareket ederler.
Dır-dir et al.Boulder çalışmasının bireysel karıncalar arasındaki etkileşimlerden ziyade geniş kolektif dinamiklere bakması dışında, ‘nin B&B çalışması odak noktasıyla bir şekilde ilişkilidir. Ko, Ars’a “Vahşi doğada binlerce ve binlerce karınca var, ancak kimse bir çift karıncanın birbirleriyle nasıl etkileşime gireceğini ve bunun salın dengesini nasıl etkilediğini gerçekten bilmiyor” dedi.
Bu kadar büyük sallarda tekrarlanabilirlik bir sorun olabilir. Ko, deneyleri üzerinde biraz daha fazla kontrol sahibi olmak ve ayrıca karıncaların sudaki farklı akış senaryolarına nasıl uyum sağladığını incelemek istedi. Karıncaların, sürüklenmeyi azaltmak için salın şeklini değiştirerek aktif bir düzene sokma stratejisi uyguladıklarını buldu. Ko, “Yani belki de bitki örtüsünü tutmak, orijinal daha büyük gözleme şekline yapışmalarından daha az güç veya daha az metabolik maliyet gerektirir” dedi.