Reunidos dentro de um pequeno galpão no meio de uma campina pacífica, meus colegas e eu estamos prestes a apertar o botão para iniciar um procedimento aparentemente mundano:usar um motor para sacudir uma placa de madeira. Mas por baixo desta placa, temos um enxame de cerca de 10, 000 abelhas, agarrando-se um ao outro em um único cone pulsante magnífico.

Ao compartilharmos um último olhar de preocupação entusiasmada, o enxame, literalmente um pedaço de material vivo, começa a se mover para a direita e para a esquerda, balançando como geleia.

Quem em sã consciência abalaria um enxame de abelhas? Meus colegas e eu estamos estudando enxames para aprofundar nossa compreensão desses polinizadores essenciais, e também para ver como podemos alavancar esse entendimento no mundo dos materiais de robótica.

Muitas abelhas criam um enxame

Os enxames em nosso estudo ocorrem como parte do ciclo reprodutivo de colônias de abelhas europeias. Quando o número de abelhas excede os recursos disponíveis, geralmente na primavera ou verão, uma colônia se divide em dois grupos. Um grupo, e uma rainha, voe em busca de um novo local permanente, enquanto o resto das abelhas permanecem para trás.

Durante esse esforço, as abelhas realocadas formam temporariamente um enxame altamente adaptável que pode pendurar nos galhos das árvores, telhados, cercas ou carros. Enquanto suspenso, eles não têm ninho para protegê-los dos elementos. Se amontoarem, eles minimizam a perda de calor para o ambiente externo mais frio. Eles também precisam se adaptar em tempo real às variações de temperatura, chuva e vento - todos os quais poderiam quebrar a proteção frágil que compartilham como uma unidade.

O enxame é ordens de magnitude maior do que o tamanho de uma abelha individual. Uma abelha poderia coordenar sua atividade com as abelhas vizinhas bem ao lado dela, mas certamente não poderia coordenar diretamente com nenhuma abelha na outra extremidade do enxame.

Então, como eles conseguem manter a estabilidade mecânica em face de algo como vento forte - um teste que requer coordenação quase simultânea em todo o enxame?

Meus colegas Jacob Peters, Mary Salcedo, L. Mahadevan e eu planejamos uma série de experimentos para abordar essa questão - o que nos leva de volta a sacudir intencionalmente o enxame.

Ações individuais, resposta do enxame inteiro

Quando sacudimos o enxame ao longo de seu eixo horizontal, as abelhas ajustaram a forma de seu enxame e em poucos minutos tornou-se mais amplo, cone mais estável. Contudo, quando o movimento era vertical, a forma permaneceu constante até que uma força crítica foi alcançada que fez com que o enxame se separasse.

Por que as abelhas respondem ao tremor horizontal, mas não para agitação vertical? É tudo sobre como os laços que as abelhas criam ao "dar as mãos" são esticados.

Acontece que a agitação vertical não interrompe essas ligações de pares tanto quanto a agitação horizontal. Usando um modelo computacional, mostramos que as ligações entre as abelhas localizadas mais perto de onde o enxame se liga ao tabuleiro se estendem mais do que as ligações entre as abelhas na ponta mais distante do enxame. As abelhas podiam sentir essas diferentes quantidades de alongamento, e usá-los como um sinal direcional para mover-se para cima e fazer o enxame se espalhar.

Em outras palavras, as abelhas se movem de locais onde as ligações se esticam menos, para locais onde eles se estendem mais. Esta resposta comportamental melhora a estabilidade coletiva do enxame como um todo às custas de aumentar a carga média sofrida pela abelha individual. O resultado é uma espécie de "altruísmo mecânico", como uma abelha suporta tensão para o benefício do bem maior do enxame.

Aulas de engenharia, ensinado por abelhas

Como um físico amplamente treinado no estudo do comportamento animal, Estou fascinado por esse tipo de solução evoluída na natureza. É incrível que as abelhas possam criar materiais multifuncionais - feitos de seus muitos corpos individuais - que podem mudar de forma sem que um condutor global diga a elas o que fazer. Ninguém está no comando, mas juntos eles mantêm o enxame intacto.

E se os engenheiros pudessem pegar essas soluções e lições da natureza e aplicá-las em edifícios? Em vez de um feixe de abelhas zumbindo, você poderia imaginar um conjunto de robôs zumbindo que se agarram uns aos outros para criar estruturas adaptativas em tempo real? Posso imaginar abrigos que se implantam rapidamente em face de desastres naturais como furacões, ou materiais de construção que podem sentir as vibrações de um terremoto e responder da mesma forma que esses enxames reagem a um galho no vento.

Essencialmente, essas abelhas criam um material autônomo que - embutido em si mesmo - possui múltiplas habilidades. O enxame pode detectar informações do ambiente próximo, com base em quanto as ligações do par estão se alongando. Ele pode calcular, no sentido de que ele descobre quais regiões têm mais alongamento de ligação. E pode atuar, o que significa mover-se na direção de um maior alongamento.

Essas propriedades são algumas das aspirações de longa data nas áreas de materiais multifuncionais e materiais de robótica. A ideia é combinar robôs acessíveis, cada um com uma quantidade mínima de componentes mecânicos e sensores, como os blocos M. Juntos, eles podem sentir seu ambiente local, interagir com os robôs vizinhos e tomar suas próprias decisões sobre para onde ir em seguida. Como Hiro, o jovem roboticista do filme da Disney "Big Hero 6" diz:"As aplicações para esta tecnologia são ilimitadas."

Para o momento, isso ainda é ficção científica. Mas quanto mais pesquisadores sabem sobre as soluções naturais das abelhas, quanto mais perto chegarmos de tornar esse sonho realidade.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.