علم

هندسة النمل: سائل ومادة صلبة؟

هندسة النمل: سائل ومادة صلبة؟

اكتشف باحثون في جامعة جورجيا ميزات رائعة في أنواع النمل الناري ، بما في ذلك طفوها المذهل ، والميل إلى العمل كسوائل وصلبة يمكن أن ترى تطبيقات محتملة في هندسة المواد الحديثة.

النمل مخلوقات غريبة ، يفوق عدد البشر مليون لواحد. يقوم النمل بتصميم منازل معقدة بها مجاري هوائية وممرات مائية ومستشفيات وغير ذلك. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو النمل الناري ، وتحديداً الطريقة التي يتفاعلون بها مع بعضهم البعض ، والبيئة. كوحدة واحدة ، يمتلك النمل الناري جميع الأشياء الأنيقة العامة التي يمكن لبقية الأنواع القيام بها ؛ هم أقوياء وما زالوا يخدمون تحت ملكة. ولكن كوحدة واحدة ، يُظهر النمل الناري مآثر غريبة مثل أن يصبح طوفًا حيًا ، يعمل كسائل ، بينما يعمل أيضًا كمادة صلبة.

يعتبر النمل اجتماعيًا بشكل ملحوظ ، حيث يعتمدون على بعضهم البعض من أجل بقائهم. عندما يعمل النمل معًا كوحدة واحدة ، يمكن مقارنتها بالسائل ، أو كما تصف جورجيا تك ، مثل الكاتشب. عندما تم إسقاط بنس واحد على مجموعة النمل ، قامت الحشرات بفصل قبضتها مؤقتًا على بعضها البعض للسماح للقطعة النقدية بالتدفق مباشرة عبر المستعمرة ، ثم جمعت ذاتيًا مرة أخرى بعد مرور العملة.

تمتلك مجموعة النمل القدرة على تغيير الأشكال والتصرف بطرق مختلفة بناءً على المهام المطروحة للتفاعل بشكل أفضل مع البيئة. غالبًا ما يكون الماء إلى نملة واحدة مميتًا ، ولكن بالنسبة لنمل النار ، يمكن أن يكون وسيلة رائعة للنقل. عندما تضرب مياه الفيضانات ، يتجمع النمل ذاتيًا في كتلة "صلبة" ذات طفو لا يُصدق مما يبقيه فوق الماء ، مرتفعًا وجافًا (ما لم يكن ، بالطبع ، هم الموجودون في القاع). من المعروف أيضًا أن النمل يبني الجسور ويمتد الفجوات عدة مرات بطول حجمه.

"إنه لا يختلف عن الكاتشب"

يقول ألبرتو فرنانديز نيفيس ، الأستاذ في مدرسة الفيزياء.

"كلما ضغطت بشدة ، كان التدفق أسهل. ولكن مع النمل ، يحدث هذا بشكل دراماتيكي أكثر بكثير من الكاتشب ".

ما الذي يجري؟

تدعي الأبحاث التي أجريت في معهد جورجيا للتكنولوجيا أن النمل يمكنه تحقيق هذه الأعمال الرائعة لأن الحشرات تعمل مثل النمل السائل والصلب في وقت واحد - نمل فائق السوائل إذا صح التعبير. تم وضع النمل داخل مقياس ريومتر (انظر الصورة أدناه - وهو في الأساس جهاز يختبر الخصائص الصلبة والسائلة للأطعمة) حيث تم نسجها بسرعات ثابتة من حوالي 0.0001 دورة في الدقيقة إلى حوالي 100 دورة في الدقيقة. اكتشف الباحثون أنه عند التدوير بسرعات أعلى ، فإن سلوك النمل الحي كان مشابهًا لسلوك النمل الميت: في ظل قوى أعلى ، يترك النمل ويلعب ميتًا على الرغم من امتلاكه القوة للبقاء لفترة أطول (لا تفعل) لا تقلق ، كانوا بخير). تم اكتشاف أن النمل فعل ذلك من أجل حماية النمل الآخر من الإصابة أو القتل تحت القوات ، على الرغم من رغبته في البقاء معًا كمستعمرة.

النمل في مقياس الانجذاب ، وهو آلة تختبر استجابة المواد الصلبة والشبيهة بالسائل [مصدر الصورة: جورجيا تك]

"يبدو أن النمل لديه مفتاح تشغيل / إيقاف من حيث تركه لقوى مطبقة كبيرة بما فيه الكفاية ،"

يقول ديفيد هو ، أستاذ آخر من كلية جورج دبليو وودروف للهندسة الميكانيكية.

"على الرغم من رغبتهما في أن نكون معًا ، إلا أنهم تركوا العمل ويتصرفون مثل السوائل لمنع الإصابة أو القتل."

تم اكتشاف الآلية نفسها في تجربة penny drop. تدفقت النمل حول العملة للسماح لها بالغرق في القاع حيث لا يمكن أن تسبب أي ضرر. ومع ذلك ، عندما يتم وخز النمل (علميًا) ، فإنهم يستجيبون مثل الزنبرك ويعودون بسرعة إلى شكلهم الأصلي ، مما يدل على الجوانب المنسوبة عمومًا إلى المطاط الصلب مثل المواد.

يعمل النمل كمادة صلبة نابضة بالحياة [مصدر الصورة: جورجيا تك]

"هذه هي السمة المميزة لسلوك المرونة اللزجة"

سعيد فرنانديز نيفيس.

"يظهر النمل استجابة نابضة عند فحصه في أوقات قصيرة ، لكن يتصرف مثل السوائل في أوقات أطول."

تم تحديد أن النمل متساوي في الصلابة والسوائل. السماح لهم بالتكيف مع سيناريوهات البيئة المختلفة ، مما يمنحهم ميزة مفيدة مع تخصصاتهم المزدوجة.

يعمل النمل كسوائل وصلبة بينما "يتدفق" بعضه من القاع بينما يظل البعض "صلبًا" - على غرار سائل غير نيوتوني [مصدر الصورة: جورجيا تك]

"من اللافت للنظر أن السلوك المرصود مشابه لما نراه في المواد غير الحية ، مثل المواد الهلامية البوليمرية تمامًا عند النقطة التي تتحول فيها إلى هلام ،"

قال فرنانديز نيفيس.

"هذا محير للغاية ، ونقوم الآن بإجراء العديد من التجارب لمحاولة فهم مصدر هذه التشابهات ومدى إمكانية دفعها. من المأمول أن يؤدي القيام بذلك إلى توسيع طريقتنا الحالية في التفكير بشأن المواد ، التي مثل النمل ، نشطة وبالتالي خارج التوازن. هناك الكثير من الأعمال المثيرة للاهتمام التي نخطط للقيام بها مع النمل ".

الميزة المحيرة للنمل يمكن مقارنتها بتحقيق أقصى استفادة من حزمة الجيلي. عند الحد الأقصى ، ستكون صلبة إلى حد ما ، ولكنها أيضًا سائلة إلى حد ما. يشبه الجيلي خصائص النمل ، حيث يعمل كمادة صلبة وسائلة. ولكن ربما يكون الشيء الأكثر إثارة للحيرة بشأن النمل هو الطريقة التي يتطابقون بها بعد انقسامهم إلى نصفين.

"إنهم مثل المعدن السائل - تمامًا مثل هذا المشهد في فيلم Terminator."

يقول هو الذي يدعي أن مرونة النمل تسمح لهم بالاستمتاع بأفضل ما في كلا الجانبين والاستفادة من العديد من المواقف. بدلاً من الانقسام والتشتت ، يعمل النمل معًا ويسمح بمرور المواد ثم يعيد تكوين كتلة "صلبة".

[مصدر الصورة:جورجيا تك]

النمل لديه القدرة على العمل كسائل ، ولكن لديه أيضًا القدرة على الطفو مثل الطوافة الصلبة. تحاول الدراسات الحالية تحديد ما إذا كان من الممكن إسناد قدرات النمل وإعادة إنشائها في مواد أخرى لإنشاء خصائص التجميع الذاتي والشفاء الذاتي والتي يمكن أن ترى تطبيقات في العديد من المجالات بما في ذلك الروبوتات والقطاعات العسكرية. في الوقت الحالي ، تظل المخلوقات الصغيرة الغامضة المفاجئة أعجوبة هندسية بتقنياتها المبتكرة للبقاء على قيد الحياة والتي قد يتمكن المهندسون البشريون يومًا ما من إعادة إنشائها.

راجع أيضًا: الروبوتات التعاونية تحجيم الجدران مثل النمل

بقلم مافريك بيكر


شاهد الفيديو: النمل المتفجر يضحي بنفسه لتعيش فصيلته (يونيو 2021).