Se è una cattiva idea prendere a calci un vespaio, è certamente una cattiva idea scuotere uno sciame di api. Salvo che, Certo, è per la scienza.

Un team di ricercatori dell'Università di Harvard ha trascorso mesi scuotendo e sferragliando sciami di migliaia di api da miele per capire meglio come le api collaborano collettivamente per stabilizzare le strutture in presenza di carichi esterni.

La ricerca è pubblicata su Fisica della natura .

"Il nostro studio mostra come i sistemi viventi sfruttino la fisica per risolvere problemi complessi su scale molto più grandi dell'individuo, " disse L. Mahadevan, la Lola England de Valpine Professor of Applied Mathematics presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Professore di Biologia Organismica ed Evoluzionistica (OEB), e professore di fisica e autore senior dello studio. "Abbiamo dimostrato che le api possono sfruttare la fisicità dell'ambiente per risolvere un problema di stabilità meccanica globale utilizzando il rilevamento e l'azione locali"

Questa ricerca segue il lavoro precedente del gruppo che ha mostrato come le api possono anche mantenere collettivamente la temperatura di un grappolo utilizzando il rilevamento e l'attivazione locali per prevenire il surriscaldamento o il raffreddamento eccessivo.

Gli sciami di api si formano quando un'ape regina attacca con un folto gruppo di api operaie per formare una nuova colonia. Mentre gli esploratori cercano una nuova posizione per il nido, la colonia vive, struttura respiratoria, fatto del proprio corpo, su un ramo di un albero vicino. Questi grappoli mantengono la loro struttura e stabilità per giorni in presenza di vento, pioggia e altri carichi esterni.

"La domanda principale della nostra ricerca era, dato che le singole api possono probabilmente solo percepire le loro interazioni con i loro vicini, come fanno i cambiamenti per mantenere la struttura complessiva del cluster?" ha detto Orit Peleg, un ex borsista post-dottorato presso SEAS e co-primo autore del documento.

Peleg è ora Assistant Professor di Informatica presso l'Università del Colorado-Boulder.

I ricercatori hanno costruito uno sciame di api attaccando un'ape regina in gabbia a una tavola mobile e aspettando che le api operaie si raggruppassero intorno a lei. Una volta formato il cluster, i ricercatori hanno simulato il vento scuotendo la tavola orizzontalmente e verticalmente.

Hanno osservato che lo sciame inizia con una struttura a cono, con una certa altezza e area di base. Quando viene agitato orizzontalmente, le api creano un cono più piatto diminuendo l'altezza e aumentando l'area di base. Quando l'agitazione si ferma, tornano alla loro forma originale.

Le api sanno dove muoversi perché rispondono ai cambiamenti locali dei loro vicini.

"Le singole api possono dire la direzione del ceppo in base alla loro connessione con i loro vicini, " disse Jacob Peters, che ha recentemente difeso il suo dottorato di ricerca. nell'OEB, e co-primo autore dell'articolo. "Poiché i ceppi sullo sciame sono più alti nella parte superiore dello sciame, dove è collegato al ramo, o in questo caso, il consiglio:sanno di salire. Tutte le api salgono insieme perché sono influenzate da questo gradiente, quindi porta a un movimento coordinato."

Immagina di giocare a Ring-a-Round-the-Rosy con gli occhi bendati. Non sai in quale direzione si stanno muovendo tutti nel cerchio, ma conosci la direzione in cui si sta muovendo il tuo vicino perché gli stai tenendo la mano. Non sai quando tutti cadono, ma tu sai quando cadere perché il tuo vicino cade. Come api in uno sciame, segui gli spunti associati al ceppo locale dal tuo vicino.

Quando il grappolo si appiattisce durante lo scuotimento orizzontale, La condivisione del carico da parte delle singole api aumenta, ma la colonia nel complesso è più stabile, simile a quando si accovaccia quando il terreno trema. I ricercatori sono stati in grado di imitare questo comportamento in una simulazione al computer imponendo regole a livello locale.

I ricercatori hanno anche scoperto che quando le api venivano agitate verticalmente, l'ammasso non ha adattato la sua forma perché le variazioni locali nelle deformazioni erano minori.

Questa ricerca potrebbe avere implicazioni più ampie sul modo in cui pensiamo agli algoritmi di controllo e alle macchine collaborative.

"Quando costruiamo macchine o materiali, usiamo semplici algoritmi di controllo che sono dall'alto verso il basso, dove hai un comando centralizzato che controlla tutte le parti in movimento della macchina, " disse Peters. "Ma in questo sistema, le api stanno ottenendo questo cambiamento di forma coordinato senza un controller centrale. Anziché, sono come un insieme di agenti distribuiti con i propri controller e devono trovare un modo per coordinarsi senza una comunicazione esplicita a lungo raggio. Studiando questi tipi di sistemi, potrebbe ispirare nuovi modi di pensare al controllo distribuito dei sistemi rispetto al tradizionale controllo centralizzato".