La maggior parte delle formiche afferra e taglia abilmente il cibo con un paio di mandibole simili a bacchette. Ma le formiche trappola sono anche in grado di sbattere le mascelle insieme a velocità vertiginose, colpendo le vittime in 0,77 μs. Tuttavia, scatenare tali colpi balistici rappresenta un rischio. Anche gli animali che sfruttano l'energia elastica immagazzinata come una catapulta per scagliare gli arti a grande velocità - pensate alle cavallette saltellanti - corrono il rischio di lacerarsi se gli arti non sono perfettamente allineati. E pochi riescono a sfruttare tale potere negli arti pur essendo capaci di abili manipolazioni. Tuttavia, le formiche trappola (Odontomachus brunneus) gestiscono entrambe le manovre, oltre a piovere colpi ripetutamente senza danneggiarsi.

Perplessa dall'apparente paradosso, Sheila Patek, della Duke University, negli Stati Uniti, con i colleghi delle istituzioni statunitensi e britanniche ha attivato le formiche trappola per liberare le loro potenti mandibole. Hanno pubblicato la loro scoperta nel Journal of Experimental Biology che le formiche spingono e tirano simultaneamente le mandibole usando l'energia immagazzinata in un tendine della testa e nel loro esoscheletro per guidare le mascelle in un perfetto arco autoconservante, consentendo loro di bloccarsi e caricarsi ripetutamente senza causare danni.

Per rivelare il segreto della formica balistica per evitare l'autodistruzione, Chi-Yun Kuo (Duke University), ha protetto delicatamente le formiche davanti a una telecamera ad alta velocità che riprendeva a 300.000 fotogrammi/s per catturare la manovra fulminea mentre gli insetti si schiantavano contro i loro mandibole insieme.

"Quando abbiamo riprodotto i video al rallentatore, i loro colpi erano straordinariamente precisi", afferma Patek. Immediatamente dopo il rilascio, le mandibole hanno ruotato in un arco perfetto per i primi 65 gradi mentre si scontravano tra loro, raggiungendo una velocità di rotazione massima di 470.000 giri/min, mentre le punte delle strutture lunghe 1,38 mm tagliavano l'aria a velocità media di 54,4 m/s , prima di iniziare a decelerare e infine oscillare avanti e indietro alla fine di un boccone.

Inoltre, la testa si è compressa, accorciandosi di 64 μm (3,2%) mentre veniva schiacciata verso l'interno di 41 μm (6%). "Ci siamo resi conto che l'intera testa si stava deformando per immagazzinare energia potenziale elastica", afferma Patek. Allora, come facevano le formiche a usare questa energia immagazzinata per chiudere il loro apparato boccale a velocità così incredibili?

Calcolando la quantità di energia rilasciata quando gli insetti scatenavano le loro mandibole fracassanti, il team ha scoperto che l'energia immagazzinata durante la deformazione dell'esoscheletro della testa era sufficiente per guidare le mandibole attraverso 33 gradi di rotazione perfetta, mentre l'energia immagazzinata nel tendine elastico che attacca la mandibola a l'enorme muscolo adduttore all'interno della testa (che comprende il 14% della massa corporea della formica) alimentava i restanti 32 gradi.

Chiedendosi come il massiccio muscolo adduttore potesse alimentare le traiettorie perfettamente circolari delle mandibole, Patek, Adam Summers (Università di Washington, Stati Uniti), Gregory Sutton (Università di Lincoln, Regno Unito) e Ryan St Pierre (Università di Buffalo, Stati Uniti), si sono resi conto che il muscolo potrebbe allungare contemporaneamente il tendine che collega il muscolo all'estremità interna della mandibola, deformando anche l'esoscheletro della testa, immagazzinando energia in entrambe le strutture mentre la mandibola era bloccata orizzontalmente in posizione, in attesa di essere sparata.

Quindi, non appena il chiavistello che teneva la mandibola in posizione è stato rilasciato, l'energia immagazzinata nel tendine elastico teso ha tirato indietro l'estremità interna della mandibola, mentre l'esoscheletro deformato è tornato in forma, spingendo contemporaneamente in avanti la mandibola, spazzandola in un arco perfetto. E quando St Pierre e Sutton hanno testato la teoria, la loro simulazione al computer ha riprodotto perfettamente la traiettoria della mandibola.

Le formiche trappola hanno trovato un meccanismo che consente loro di coordinare le forze opposte che guidano la perfetta rotazione della mandibola, senza esercitare alcuno sforzo sulla fragile articolazione attorno alla quale ruota la mandibola per evitare danni, indipendentemente dalla frequenza con cui la formica colpisce. Patek sospetta che anche altre creature a molla utilizzino la strategia e lei, Sarah Bergbreiter (Carnegie Mellon University, Stati Uniti) e Suzanne Cox (Duke University) suggeriscono che il design rivoluzionario potrebbe essere adottato dagli ingegneri. "I principi possono essere incorporati nella microrobotica per migliorare la multifunzionalità, la precisione e la longevità dei sistemi ultraveloci", affermano.