Se é uma má ideia chutar um ninho de vespas, certamente é uma má ideia sacudir um enxame de abelhas. A não ser que, claro, é para a ciência.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard passou meses sacudindo e sacudindo enxames de milhares de abelhas para entender melhor como as abelhas colaboram coletivamente para estabilizar estruturas na presença de cargas externas.

A pesquisa é publicada em Física da Natureza .

"Nosso estudo mostra como os sistemas vivos aproveitam a física para resolver problemas complexos em escalas muito maiores do que o indivíduo, "disse L. Mahadevan, o professor Lola England de Valpine de Matemática Aplicada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS), Professor de Biologia Organísmica e Evolutiva (OEB), e Professor de Física e autor sênior do estudo. "Demonstramos que as abelhas podem controlar a fisicalidade do ambiente e resolver um problema de estabilidade mecânica global usando sensoriamento e ação local"

Esta pesquisa segue um trabalho anterior do grupo que mostrou como as abelhas também podem manter coletivamente a temperatura de um cluster usando sensoriamento local e atuação para evitar superaquecimento ou resfriamento.

Enxames de abelhas se formam quando uma abelha rainha ataca um grande grupo de abelhas operárias para formar uma nova colônia. Enquanto os batedores procuram um novo local para o ninho, a colônia ganha a vida, estrutura respiratória, feitos de seus próprios corpos, em um galho de árvore próximo. Esses aglomerados mantêm sua estrutura e estabilidade por dias na presença de vento, chuva e outras cargas externas.

"A principal questão da nossa pesquisa era, dado que as abelhas individuais provavelmente só podem sentir suas interações com suas vizinhas, como eles fazem mudanças para manter a estrutura geral do cluster? "disse Orit Peleg, um ex-pós-doutorado na SEAS e co-primeiro autor do artigo.

Peleg agora é professor assistente de ciência da computação na Universidade do Colorado - Boulder.

Os pesquisadores construíram um enxame de abelhas anexando uma abelha rainha enjaulada a uma placa móvel e esperando que as abelhas operárias se agrupassem ao seu redor. Uma vez que o cluster foi formado, os pesquisadores simularam o vento sacudindo o tabuleiro horizontal e verticalmente.

Eles observaram que o enxame começa com uma estrutura em forma de cone, com uma certa altura e área de base. Quando sacudido horizontalmente, as abelhas criam um cone mais plano diminuindo a altura e aumentando a área da base. Quando o tremor parar, eles voltam à sua forma original.

As abelhas sabem para que lado se mover porque respondem às mudanças locais de seus vizinhos.

"As abelhas individuais podem dizer a direção da cepa com base em sua conexão com seus vizinhos, "disse Jacob Peters, que recentemente defendeu seu Ph.D. em OEB, e co-primeiro autor do artigo. "Porque as tensões no enxame são mais altas no topo do enxame, onde está conectado à filial - ou, neste caso, o tabuleiro - eles sabem como subir. Todas as abelhas sobem juntas porque são influenciadas por este gradiente, por isso leva a um movimento coordenado. "

Imagine jogar Ring-a-Round-the-Rosy com os olhos vendados. Você não sabe em que direção todos no círculo estão se movendo, mas você sabe a direção em que seu vizinho está se movendo porque está segurando sua mão. Você não sabe quando todo mundo cai, mas você sabe quando cair porque seu vizinho cai. Como abelhas em um enxame, você segue as pistas associadas à variedade local de seu vizinho.

Quando o cluster se achata durante a agitação horizontal, o compartilhamento de carga por abelhas individuais aumenta, mas a colônia em geral é mais estável - semelhante a agachar-se quando o solo está tremendo. Os pesquisadores conseguiram imitar esse comportamento em uma simulação de computador impondo regras em nível local.

Os pesquisadores também descobriram que quando as abelhas eram sacudidas verticalmente, o cluster não adaptou sua forma porque as variações locais nas deformações eram menores.

Esta pesquisa pode ter implicações mais amplas sobre como pensamos em algoritmos de controle e máquinas colaborativas.

“Quando construímos máquinas ou materiais, usamos algoritmos de controle simples que são de cima para baixo, onde você tem um comando centralizado que controla todas as peças móveis da máquina, "disse Peters." Mas neste sistema, as abelhas estão conseguindo essa mudança coordenada de forma sem um controlador central. Em vez de, eles são como um conjunto de agentes distribuídos com seus próprios controladores e precisam encontrar uma maneira de coordenar sem comunicação explícita de longo alcance. Ao estudar esses tipos de sistemas, poderia inspirar novas maneiras de pensar sobre o controle distribuído de sistemas em oposição ao controle centralizado tradicional. "