Технологическая группа Джорджии исследовала механические свойства скоплений огненных муравьев, поместив тысячи муравьев в реометр, машину, используемую для проверки твердого и жидкого отклика таких материалов, как еда, крем для рук или расплавленный пластик.
Муравьев стригали с постоянной скоростью примерно от 0.0001 об / мин примерно до 100 об / мин.
Исследователи обнаружили, что поведение живых муравьев было похоже на поведение мертвых муравьев: когда скопление вынуждено течь, живые муравьи отпускают и притворяются мертвыми. В этом случае вязкость резко снижалась по мере увеличения скорости.
"Это мало чем отличается от кетчупа", – сказал Альберто Фернандес-Ньевес, доцент Школы физики. "Чем сильнее сжимаешь, тем легче течет. Но с муравьями это происходит гораздо драматичнее, чем с кетчупом."
«Кажется, что у муравьев есть переключатель включения / выключения, который позволяет им отпускать достаточно большие приложенные силы», – сказал Ху, доцент кафедры Джорджа В. Школа машиностроения Вудраффа. "Несмотря на желание быть вместе, они отпускают и ведут себя как жидкость, чтобы не получить травму или смерть."
Такое же поведение можно увидеть, уронив пенни через скопление муравьев. Муравьи будут обтекать монету, когда она тонет в скоплении. Этот поток занимает относительно много времени, чтобы произойти. Однако, когда агрегат быстро протыкается, он реагирует как пружина и возвращается к своей первоначальной форме.
«Это отличительный признак вязкоупругого поведения», – сказал Фернандес-Ньевес. "Муравьи демонстрируют упругую реакцию при коротком прикосновении, но в более длительные периоды ведут себя как жидкость."
Группа оценила это количественно, глядя на реакцию муравьев на крошечные покачивания реометра. Они обнаружили, что муравьи одинаково жидкие и твердые. Они проделали тот же эксперимент с мертвыми муравьями и увидели, что они тоже твердые.
Это показало, что живые муравьи жидкие и твердые из-за своей активности.
«Примечательно, что наблюдаемое поведение аналогично тому, что наблюдается у неживых материалов, таких как полимерные гели, прямо в тот момент, когда они превращаются в гель», – сказал Фернандес-Ньевес. "Это довольно загадочно, и сейчас мы проводим еще много экспериментов, чтобы попытаться понять, откуда возникают эти сходства и насколько они могут быть продвинуты. Мы надеемся, что это расширит наш нынешний образ мышления о материалах, которые, как и муравьи, активны и, следовательно, находятся в неравновесном состоянии. Мы планируем провести гораздо более интересную работу с муравьями."
Ху изучал поведение муравьев почти 10 лет. Фернандес-Ньевес – физик, который использует реологию, чтобы понять механику мягких материалов и раскрыть микроскопическое происхождение их общих свойств и поведения.
Майкл Тенненбаум, научный сотрудник, участвовавший в исследовании, также сравнил поведение муравьиной агрегации с желе.
"Представьте, что вы хотите сделать как можно больше желе из пакета желатина. Он был бы твердым, но при этом очень жидким », – сказал он. "Это потому, что желатина едва хватило бы, чтобы сделать его твердым, но недостаточно, чтобы сделать его полностью твердым.
Желе будет как твердым, так и жидким."
Ху также использовал жидкую природу муравьев для изучения материалов для самовосстановления.
«Если разрезать булочку ножом, получится два куска хлеба», – сказал Ху. "Но если вы прорежете кучу муравьев, они просто пропустят нож, а затем перестроятся с другой стороны.
Они похожи на жидкий металл – прямо как в той сцене из фильма Терминатор."
Ху говорит, что именно эта гибкость позволяет муравьям наслаждаться лучшим из обоих миров. Они могут превращаться в твердые тела, чтобы делать вещи и жидкости, чтобы не разбиться вдребезги."