Las hormigas siguen las leyes de la f¨ªsica del suelo para construir t¨²neles largos y resistentes

Las colonias de hormigas siguen las leyes de la f¨ªsica del suelo para construir t¨²neles largos y resistentes, seg¨²n ha revelado una investigaci¨®n publicada en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). En los sorprendentes hormigueros hay complejos t¨²neles que miden m¨¢s de un metro de largo, duran d¨¦cadas sin derrumbarse y se conectan entre s¨ª. Los secretos de estas hormigas arquitectas fueron desvelados por un an¨¢lisis de rayos X en tres dimensiones y por modelos de computaci¨®n que observaron la posici¨®n y el movimiento de los animales mientras excavaban.

Jos¨¦ Andrade, primer autor de la publicaci¨®n y director del Laboratorio de Geomec¨¢nica en el Instituto de Tecnolog¨ªa de California, en EE UU, (Caltech) explica por correo electr¨®nico que la construcci¨®n de estas ciudades con complejas estructuras subterr¨¢neas en las que pueden convivir millones de hormigas es posible gracias a un algoritmo de comportamiento que se ha ido adaptando y perfeccionando con la evoluci¨®n de los insectos y les permite cavar t¨²neles instintivamente sin que se derrumbe toda la estructura. ¡°Nos inspiraron los nidos de hormigas exhumados que muestran lo impresionantes y grandes que son: ?pueden ser del tama?o de una persona!¡±, dice Andrade. Entender y replicar estos algoritmos servir¨¢ en el futuro para crear robots de miner¨ªa que simulen el funcionamiento de las hormigas y excaven el suelo de la Tierra y de otros planetas sin que haya riesgo de colapso.

Al comenzar la investigaci¨®n, Andrade y sus colegas cre¨ªan que las hormigas ¡°pod¨ªan determinar cu¨¢les granos de tierra y de arena remover y cu¨¢les no para garantizar la estabilidad de sus t¨²neles¡±, a trav¨¦s de alg¨²n tipo de aprendizaje, dice el cient¨ªfico. Sin embargo, al final del trabajo descubrieron que esa conducta es inconsciente y est¨¢ programada gen¨¦ticamente. ¡°Lo hacen sin saber realmente c¨®mo hacerlo¡±. Andrade afirma que el algoritmo de comportamiento de las hormigas ¡°les permite cavar t¨²neles de acuerdo con las leyes de la f¨ªsica haciendo que sean m¨¢s estables y al mismo tiempo m¨¢s f¨¢ciles de construir y de mantener¡±.

Los investigadores encontraron que la forma en que las colonias construyen sus t¨²neles permite que las cargas se redistribuyan y creen un mecanismo de blindaje que reduce el riesgo de colapso. ¡°Las hormigas parecen estar jugando a Jenga sin saberlo¡±, bromea Andrade al referirse al famoso juego de construcci¨®n en el que hay que tratar de quitar piezas sin derribar la torre.

Robert Buarque de Macedo, investigador de Caltech y coautor del estudio, explica por correo electr¨®nico que las hormigas tienden a cavar los t¨²neles en l¨ªnea recta, eso hace que escojan el camino m¨¢s r¨¢pido y m¨¢s eficiente para llegar, por ejemplo, a la habitaci¨®n donde duerme la reina de la colonia, o a los cuartos en los que se cr¨ªan las hormigas beb¨¦s, o incluso a las peque?as rec¨¢maras donde tiran la basura y se almacena la comida. ¡°Eso tiene sentido porque una l¨ªnea recta es el camino m¨¢s corto entre dos puntos¡±, explica el investigador.

Buarque de Macedo insiste en que las hormigas cavan tambi¨¦n lejos de las paredes y hacen los t¨²neles por debajo del ¨¢ngulo de reposo del suelo, es decir, por debajo del ¨¢ngulo m¨¢s empinado posible antes de que este se deslice. ¡°Las hormigas pueden identificar qu¨¦ tan empinado es el l¨ªmite de ese ¨¢ngulo para lo que sea que est¨¦n excavando, y no lo exceden¡±, explica el investigador. Otra de las claves de la construcci¨®n exitosa es que a medida que cavan el t¨²nel, van formando arcos dentro del suelo que minimizan la fuerza y la presi¨®n de la superficie. ¡°Esto reduce la posibilidad de que el t¨²nel colapse cuando las hormigas quitan o reubican un grano de tierra¡±, explica el cient¨ªfico. Y a?ade: ¡°es muy parecido al funcionamiento de los arcos romanos¡±.

Los dos investigadores coinciden en que este comportamiento de construcci¨®n de los insectos es muy sorprendente. ¡°Los seres humanos requieren mucha tecnolog¨ªa para mantener estables los t¨²neles: pernos de roca, revestimiento, maquinaria pesada. Las hormigas no necesitan nada de esto para cavar redes de t¨²neles vastas y profundas¡±, dice Buarque de Macedo.

Jos¨¦ Andrade explica que las hormigas no son las ¨²nicas buenas arquitectas del mundo animal. Las termitas construyen ciudades similares, los panales de las abejas tienen estructuras impresionantes, los castores hacen represas estables en medio de caudalosos r¨ªos, las aves tejen nidos en las copas de los ¨¢rboles que resisten el viento y la lluvia. ¡°No entendemos c¨®mo todos tienen algoritmos de comportamiento que les permiten construir estas estructuras maravillosas. A¨²n tenemos miles de cosas que aprender de los animales¡±, dice Andrade.

Los investigadores confiesan que se divirtieron trabajando con las hormigas. ¡°Luchamos mucho para que cooperaran con la investigaci¨®n¡±, bromea Andrade. ¡°Resulta que las hormigas cavan cuando quieren cavar, no cuando t¨² quieres que caven. Muchas veces est¨¢bamos mirando con rayos X y las hormigas dejaban de hacer t¨²neles y luego dej¨¢bamos de mirar y volv¨ªan a hacerlo¡±. Buarque de Macedo coincide: ¡°Tuvimos que hacer muchos intentos para capturar las im¨¢genes que tomamos. Eso hizo que la investigaci¨®n fuera mucho m¨¢s interesante y divertida¡±.

Adem¨¢s de los ingenieros, en el trabajo tambi¨¦n particip¨® Joe Parker, profesor asistente de biolog¨ªa e ingenier¨ªa biol¨®gica. ¡°Hasta ahora hab¨ªa sido un misterio c¨®mo las hormigas construyen estas estructuras que puede persistir en buen estado durante d¨¦cadas¡±, afirma Parker en un comunicado de prensa del Laboratorio de Geomec¨¢nica en el Instituto de Tecnolog¨ªa de California. Seg¨²n el investigador, el algoritmo de comportamiento que permite la construcci¨®n exitosa de los t¨²neles y que los cient¨ªficos identificaron con los rayos X no existe dentro de una sola hormiga. ¡°Es un comportamiento de colectivo, de la colonia, que emerge de todas las hormigas trabajadoras actuando juntas como un superorganismo¡±.

Andrade y Buarque de Macedo dicen que con los hallazgos de este estudio esperan trabajar en un sistema de inteligencia artificial que pueda emular el algoritmo de comportamiento de las hormigas al cavar. El prop¨®sito es crear robots que se puedan utilizar en miner¨ªa y proteger as¨ª la vida de miles de trabajadores que muchas veces arriesgan su salud excavando en las profundidades de la tierra. Parte de esa emulaci¨®n, dice Andrade, ser¨¢ determinar c¨®mo escalar la f¨ªsica de las hormigas para t¨²neles de tama?o humano. ¡°Los materiales granulares se escalan de diferentes maneras que otros materiales como fluidos o s¨®lidos¡±, dice. Y concluye: ¡°?El siguiente paso despu¨¦s de eso? Hormigas rob¨®ticas que podr¨ªan cavar t¨²neles para humanos¡±.

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