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Ingénierie des fourmis: un liquide et un solide?

Ingénierie des fourmis: un liquide et un solide?

Des chercheurs de l'Université de Géorgie ont découvert des caractéristiques fascinantes chez les espèces de fourmis de feu, notamment leur incroyable flottabilité et leur tendance à agir comme un fluide et un solide qui pourraient voir des applications potentielles dans l'ingénierie des matériaux moderne.

Les fourmis sont des créatures particulières, plus nombreuses que les humains un million contre un. Les fourmis créent des maisons complexes avec des voies respiratoires, des voies navigables, des hôpitaux et plus encore. Les fourmis de feu sont encore plus intrigantes, en particulier la façon dont elles interagissent les unes avec les autres et l'environnement. En tant qu'unité unique, les fourmis de feu possèdent toutes les astuces génériques que le reste de l'espèce peut faire; ils sont forts et servent toujours sous une reine. Mais en tant qu'unité, les fourmis de feu démontrent des exploits particuliers tels que devenir un radeau vivant, agissant comme un fluide, tout en agissant également comme un matériau solide.

Les fourmis sont remarquablement sociales et dépendent les unes des autres pour leur propre survie. Lorsqu'elles sont ensemble, les fourmis agissent comme une seule unité, comparable à un liquide, ou comme le décrit Georgia Tech, comme le ketchup. Lorsqu'un sou tombait sur la collection de fourmis, les insectes déconnectaient temporairement leurs prises les uns des autres pour permettre au sou de circuler à travers la colonie, puis se réassemblaient après le passage de la pièce.

La collection de fourmis a la capacité de changer de forme et d'agir de différentes manières en fonction des tâches à accomplir pour mieux interagir avec l'environnement. L'eau pour une seule fourmi est souvent mortelle, mais pour les fourmis de feu, cela peut être un excellent moyen de transport. Lorsque les eaux de crue frappent, les fourmis s'auto-assemblent en une masse «solide» qui a une flottabilité incroyable qui les maintient au-dessus de l'eau, hautes et sèches (à moins qu'elles ne soient bien sûr celles du fond). Les fourmis sont également connues pour construire des ponts et enjamber des espaces plusieurs fois la longueur de leur propre taille.

"Ce n'est pas différent du ketchup,"

Dit Alberto Fernandez-Nieves, professeur à l'École de physique.

«Plus vous serrez fort, plus ça coule facilement. Mais avec les fourmis, cela se produit beaucoup plus dramatiquement qu'avec le ketchup. »

Que se passe-t-il?

Des recherches menées au Georgia Institute of Technology affirment que les fourmis peuvent réaliser ces exploits magnifiques parce que les insectes agissent simultanément comme des fourmis superfluides liquides et solides, si vous voulez. Les fourmis ont été placées dans un rhéomètre (voir l'image ci-dessous - essentiellement un appareil qui teste les propriétés solides et liquides des aliments) où elles ont été centrifugées à des vitesses constantes d'environ 0,0001 tr / min jusqu'à environ 100 tr / min. Des chercheurs ont découvert que lorsqu'ils étaient tournés à des vitesses plus élevées, le comportement des fourmis vivantes était similaire à celui des fourmis mortes: sous des forces plus élevées, les fourmis lâchaient et faisaient le mort en dépit d'avoir la force de tenir beaucoup plus longtemps t inquiet, ils allaient bien). Il a été découvert que les fourmis faisaient cela afin de protéger les autres fourmis contre les blessures ou les tués sous les forces, bien qu'elles voulaient rester ensemble en tant que colonie.

Fourmis dans le rhéomètre, une machine qui teste la réponse solide et liquide des matériaux [Source de l'image: Georgia Tech]

"Les fourmis semblent avoir un interrupteur marche / arrêt en ce sens qu'elles lâchent prise pour des forces appliquées suffisamment importantes,"

Dit David Hu, un autre professeur de la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering.

«Même s'ils veulent être ensemble, ils lâchent prise et se comportent comme un fluide pour éviter de se blesser ou de se tuer.

Le même mécanisme a été découvert dans l'expérience de la goutte d'un sou. Des fourmis ont coulé autour de la pièce pour lui permettre de couler au fond où elle ne peut causer aucun dommage. Cependant, lorsque les fourmis ont été (scientifiquement) piquées, elles réagissent comme un ressort et reprennent rapidement leur forme d'origine, démontrant des aspects généralement attribués à des substances de type caoutchouc solide.

Les fourmis agissant comme un matériau solide et élastique [Source de l'image: Georgia Tech]

«C'est la marque du comportement viscoélastique»,

Dit Fernandez-Nieves.

«Les fourmis présentent une réponse élastique lorsqu'elles sont sondées à des moments courts, mais se comportent comme des fluides plus longtemps.

Il a été déterminé que les fourmis sont également solides et liquides. Leur permettre de s'adapter à différents scénarios d'environnement, leur donnant un avantage avantageux avec leur double spécialité.

Les fourmis agissant comme un liquide et un solide tandis que certaines «coulent» du bas alors que certaines restent «solides» - Semblable à un fluide non newtonien [Source de l'image: Georgia Tech]

«Remarquablement, le comportement observé est similaire à ce que l'on observe dans les matériaux qui ne sont pas vivants, comme les gels polymères au moment où ils deviennent un gel»,

dit Fernandez-Nieves.

«C'est assez déroutant, et nous effectuons maintenant de nombreuses autres expériences pour essayer de comprendre d'où proviennent ces similitudes et à quel point elles peuvent être poussées. Nous espérons que cela étendra notre manière actuelle de penser les matériaux qui, comme les fourmis, sont actifs et donc hors d'équilibre. Il y a un travail beaucoup plus intéressant que nous prévoyons de faire avec les fourmis.

La caractéristique déroutante des fourmis est comparable à la maximisation d'un paquet de jello. Au point maximum, ce serait un peu solide, mais aussi un peu liquide. Le jello est similaire aux propriétés des fourmis, agissant comme un solide et un liquide. Mais peut-être la chose la plus déroutante à propos des fourmis est la façon dont elles se conforment après avoir été divisées en deux.

"Ils sont comme du métal liquide - tout comme cette scène du film Terminator."

Dit Hu, qui prétend que la flexibilité des fourmis leur permet de profiter du meilleur des deux côtés et de profiter de nombreuses situations. Au lieu de se séparer et de se disperser, les fourmis travaillent ensemble et permettent le passage des matériaux, puis se reconectent pour créer une masse «solide».

[Source de l'image:Georgia Tech]

Les fourmis ont la capacité d'agir comme un liquide, mais ont aussi la capacité de flotter comme un radeau solide. Les études actuelles tentent de déterminer si les capacités des fourmis peuvent être attribuées et recréées dans d'autres matériaux pour créer des propriétés d'auto-assemblage et d'auto-guérison qui pourraient voir des applications dans de nombreux domaines, y compris la robotique et les secteurs militaires. Pour l'instant, les mystérieuses petites créatures surprenantes restent une merveille d'ingénierie avec leurs techniques de survie ingénieuses qu'un jour bientôt, les ingénieurs humains pourront peut-être recréer.

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Écrit par Maverick Baker


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