La mayoría de las hormigas agarran y cortan hábilmente su comida con un par de mandíbulas parecidas a palillos. Pero las hormigas de mandíbula trampa también son capaces de chocar sus mandíbulas a velocidades vertiginosas, golpeando a las víctimas en 0,77 μs. Sin embargo, desatar tales golpes balísticos plantea un riesgo. Los animales que aprovechan la energía elástica almacenada como una catapulta para lanzar extremidades a gran velocidad (piense en saltamontes saltando) también corren el peligro de desgarrarse si las extremidades no están perfectamente alineadas. Y pocos logran aprovechar tal poder en las extremidades mientras son capaces de una hábil manipulación. Sin embargo, las hormigas de mandíbula trampa (Odontomachus brunneus) manejan ambas maniobras, además de lanzar golpes repetidamente sin dañarse.

Desconcertada por la aparente paradoja, Sheila Patek, de la Universidad de Duke, EE. UU., junto con colegas de instituciones de EE. UU. y el Reino Unido, activaron hormigas trampa para que liberaran sus poderosas mandíbulas. Publicaron su descubrimiento en el Journal of Experimental Biology que las hormigas empujan y tiran simultáneamente de las mandíbulas utilizando la energía almacenada en un tendón de la cabeza y su exoesqueleto para conducir las mandíbulas en un arco perfecto de autoconservación, lo que les permite bloquear y cargar repetidamente sin sufrir daños.

Para revelar el secreto de la hormiga balística para evitar la autodestrucción, Chi-Yun Kuo (Universidad de Duke), aseguró suavemente a las hormigas frente a una cámara de alta velocidad que filmaba a 300 000 fotogramas por segundo para capturar la maniobra ultrarrápida cuando los insectos chocaron contra su mandíbulas juntas.

"Cuando reproducimos los videos en cámara lenta, sus golpes fueron espectacularmente precisos", dice Patek. Inmediatamente después de soltarlas, las mandíbulas giraron en un arco perfecto a lo largo de los primeros 65 grados mientras chocaban entre sí, alcanzando una velocidad de rotación máxima de 470 000 rpm, mientras que las puntas de las estructuras de 1,38 mm de largo cortaban el aire a velocidades promedio de 54,4 m/s. , antes de comenzar a desacelerar y finalmente balancearse de un lado a otro al final de un bocado.

Además, la cabeza se comprimió, acortándose 64 μm (3,2 %) mientras se comprimía hacia adentro 41 μm (6 %). "Nos dimos cuenta de que toda la cabeza se estaba deformando para almacenar energía potencial elástica", dice Patek. Entonces, ¿cómo usaban las hormigas esta energía almacenada para cerrar sus piezas bucales a velocidades tan increíbles?

Al calcular la cantidad de energía liberada cuando los insectos liberaron sus mandíbulas aplastantes, el equipo descubrió que la energía almacenada cuando el exoesqueleto de la cabeza se deformaba era suficiente para impulsar las mandíbulas a través de 33 grados de rotación perfecta, mientras que la energía almacenada en el tendón elástico que une la mandíbula a el enorme músculo aductor dentro de la cabeza (que comprende el 14 % de la masa corporal de la hormiga) impulsó los 32 grados restantes.

Patek, Adam Summers (Universidad de Washington, EE. UU.), Gregory Sutton (Universidad de Lincoln, Reino Unido) y Ryan St Pierre (Universidad de Buffalo, EE. UU.), se preguntaron cómo el enorme músculo aductor podría impulsar las trayectorias perfectamente circulares de las mandíbulas. el músculo podría estirar simultáneamente el tendón que une el músculo con el extremo interno de la mandíbula, al mismo tiempo que deformaría el exoesqueleto de la cabeza, almacenando energía en ambas estructuras mientras la mandíbula estaba trabada horizontalmente en su posición, esperando ser disparada.

Luego, tan pronto como se soltó el pestillo que sujetaba la mandíbula en su lugar, la energía almacenada en el tendón elástico estirado tiró del extremo interno de la mandíbula hacia atrás, mientras que el exoesqueleto deformado volvió a tomar forma, empujando simultáneamente la mandíbula hacia adelante, barriéndola hacia adentro. un arco perfecto. Y cuando St Pierre y Sutton probaron la teoría, su simulación por computadora reprodujo la trayectoria de la mandíbula sin problemas.

Las hormigas de mandíbula trampa han encontrado un mecanismo que les permite coordinar las fuerzas opuestas que impulsan la rotación perfecta de la mandíbula, sin ejercer presión sobre la frágil articulación sobre la que gira la mandíbula para evitar daños, independientemente de la frecuencia con la que la hormiga ataque. Patek sospecha que otras criaturas con resortes también usan la estrategia, y ella, Sarah Bergbreiter (Universidad Carnegie Mellon, EE. UU.) y Suzanne Cox (Universidad de Duke) sugieren que los ingenieros podrían adoptar el diseño revolucionario. "Los principios se pueden incorporar a la microrobótica para mejorar la multifuncionalidad, la precisión y la longevidad de los sistemas ultrarrápidos", dicen.