Плот из живых тел, который не тонет, не распадается и движется как единое существо — это не сценарий фильма ужасов, а повседневность для огненных муравьёв. Каждый сезон дождей южноамериканские реки несут целые колонии этих насекомых, и зрелище, прямо скажем, завораживает. Тысячи особей, сцепившихся друг с другом, плывут по воде, словно единый организм. Как им это удаётся? Ответ искали учёные из Технологического института Джорджии, и их выводы, опубликованные в журнале PNAS, раскрывают механику, которая может изменить подходы в робототехнике.

Муравей-одиночка не тонет, но колония — совсем другое дело

Если бросить в воду одного муравья, он останется на плаву. Его тело покрыто водоотталкивающим веществом, на нём задерживаются пузырьки воздуха, да и поверхностное натяжение воды держит лёгкое насекомое. Но что произойдёт, если в воду упадёт целый ком из сотен или тысяч особей? Логика подсказывает: общая масса слишком велика, поверхностное натяжение не выдержит, и муравьи пойдут ко дну. Однако природа распорядилась иначе.

Огненные муравьи вида Solenopsis invicta, с которыми работали исследователи, демонстрируют поведение, отточенное эволюцией для выживания в затопляемых регионах. Оказавшись в воде, они не паникуют и не пытаются спастись поодиночке. Вместо этого каждый муравей хватает соседа за ноги или мандибулы — с силой, которая, как выяснилось, в 400 раз превышает его собственный вес. Сцепляясь в плотную массу, насекомые образуют живой плот.

Как работает живой плот

Секрет плавучести — в воздушных пузырьках, которые муравьи удерживают между своими телами. Когда они сжимаются в ком, вода не может проникнуть в промежутки: пузырьки создают воздушную прослойку, и вся конструкция держится на поверхности. Но это только начало. На нижний слой муравьёв, лежащих на воде, садятся другие особи. Плот становится толще, и под тяжестью верхних «этажей» нижняя часть начинает погружаться. Казалось бы, сейчас вся колония уйдёт под воду — но нет.

В критический момент все муравьи одновременно напрягают мышцы. Нижний слой уплотняется, становится более жёстким и ещё лучше перекрывает доступ воде. Физика здесь работает в паре с поведением: колония поддерживает постоянную толщину плота, равномерно распределяя нагрузку. Если где-то возникает перегруз, муравьи перестраиваются, чтобы не дать конструкции затонуть. В центре этого живого сооружения, дополнительно защищённые слоем рабочих особей, находятся матка и яйца — самое ценное, что есть у колонии.

Каждый муравей знает свой простой манёвр

Исследователи заметили, что отдельный муравей в плоту действует по примитивному алгоритму. Если особь начинает тонуть, она пытается выбраться наверх. Почувствовав над собой не тело сородича, а открытое пространство, она выползает в этот просвет. Так, раз за разом, муравьи перераспределяются, и вся колония ведёт себя подобно огромной капле очень вязкого масла: она расползается по поверхности воды, но не тонет и не смешивается с ней. Никакого центрального командования, никакого «сверхмозга» — только набор простых правил, выполняемых каждым участником.

Этот принцип самоорганизации заинтересовал инженеров. Создание роя простых роботов, каждый из которых решает элементарную задачу, а вместе они образуют адаптивную систему, может оказаться не менее эффективным, чем конструирование одного сложного механизма. Муравьиный плот — готовая модель для таких разработок: множество элементов, объединённых в «колонию», способны выживать там, где одиночка обречён.

Так что, глядя на плывущий по реке ковёр из муравьёв, стоит помнить: перед нами не просто скопление насекомых, а точно выверенная инженерная конструкция, созданная миллионами лет эволюции. И, возможно, именно она подскажет, как строить роботов будущего — не всемогущих, но умеющих держаться вместе.