Reunidos dentro de un pequeño cobertizo en medio de una pradera pacífica, mis colegas y yo estamos a punto de activar el interruptor para iniciar un procedimiento aparentemente mundano:usar un motor para sacudir una tabla de madera. Pero debajo de este tablero, tenemos un enjambre de aproximadamente 10, 000 abejas, aferrándose unos a otros en un único y magnífico cono pulsante.

Mientras compartimos una última mirada de emocionada preocupación, el enjambre, literalmente un trozo de materia viva, comienza a moverse a derecha e izquierda, moviéndose como gelatina.

¿Quién en su sano juicio sacudiría un enjambre de abejas? Mis colegas y yo estamos estudiando enjambres para profundizar nuestra comprensión de estos polinizadores esenciales, y también para ver cómo podemos aprovechar esa comprensión en el mundo de los materiales robóticos.

Muchas abejas crean un enjambre

Los enjambres de nuestro estudio se producen como parte del ciclo reproductivo de las colonias de abejas europeas. Cuando el número de abejas excede los recursos disponibles, generalmente en primavera o verano, una colonia se divide en dos grupos. Un grupo, y una reina, volar en busca de una nueva ubicación permanente mientras el resto de las abejas se quedan atrás.

Durante ese esfuerzo, las abejas que se reubican forman temporalmente un enjambre altamente adaptable que puede colgar de las ramas de los árboles, techos vallas o carros. Mientras está suspendido, no tienen nido que los proteja de los elementos. Acurrucarse juntos les permite minimizar la pérdida de calor al ambiente exterior más frío. También necesitan adaptarse en tiempo real a las variaciones de temperatura, lluvia y viento, todo lo cual podría romper la frágil protección que comparten como una sola unidad.

El enjambre es un orden de magnitud mayor que el tamaño de una abeja individual. Una abeja podría potencialmente coordinar su actividad con las abejas vecinas que se encuentran a su lado, pero ciertamente no podía coordinarse directamente con ninguna abeja en el extremo más alejado del enjambre.

Entonces, ¿cómo se las arreglan para mantener la estabilidad mecánica frente a algo como un viento fuerte, una prueba que requiere una coordinación casi simultánea en todo el enjambre?

Mis colegas Jacob Peters, María Salcedo, L. Mahadevan y yo ideamos una serie de experimentos para abordar esa cuestión, lo que nos lleva de nuevo a sacudir intencionalmente el enjambre.

Acciones individuales, respuesta completa del enjambre

Cuando sacudimos el enjambre a lo largo de su eje horizontal, las abejas ajustaron la forma de su enjambre y en minutos se hicieron más anchos, cono más estable. Sin embargo, cuando el movimiento era vertical, la forma permaneció constante hasta que se alcanzó una fuerza crítica que hizo que el enjambre se rompiera.

¿Por qué respondieron las abejas al temblor horizontal? pero no al temblor vertical? Se trata de cómo se estiran los lazos que las abejas crean al "tomarse de la mano".

Resulta que la sacudida vertical no interrumpe estos vínculos de pares tanto como lo hace la sacudida horizontal. Usando un modelo computacional, Demostramos que los vínculos entre abejas ubicadas más cerca de donde el enjambre se adhiere al tablero se estiran más que los vínculos entre abejas en el extremo más alejado del enjambre. Las abejas pueden sentir estas diferentes cantidades de estiramiento, y utilícelos como una señal direccional para moverse hacia arriba y hacer que el enjambre se extienda.

En otras palabras, las abejas se mueven desde lugares donde los lazos se estiran menos, a lugares donde se estiran más. Esta respuesta conductual mejora la estabilidad colectiva del enjambre en su conjunto a expensas de aumentar la carga promedio experimentada por la abeja individual. El resultado es una especie de "altruismo mecánico", como una abeja soporta la tensión en beneficio del bien mayor del enjambre.

Lecciones de ingeniería, enseñado por las abejas

Como físico ampliamente capacitado que estudia el comportamiento animal, Me fascina este tipo de solución evolucionada en la naturaleza. Es sorprendente que las abejas puedan crear materiales multifuncionales, hechos de sus muchos cuerpos individuales, que pueden cambiar de forma sin que un conductor global les diga qué hacer. Nadie está a cargo, pero juntos mantienen intacto el enjambre.

¿Qué pasaría si los ingenieros pudieran tomar esas soluciones y lecciones de la naturaleza y aplicarlas a los edificios? En lugar de un manojo de abejas zumbantes, ¿Te imaginas un grupo de robots zumbantes que se aferran entre sí para crear estructuras adaptables en tiempo real? Puedo imaginar refugios que se despliegan rápidamente ante desastres naturales como huracanes, o materiales de construcción que pueden sentir las vibraciones de un terremoto y responder de la misma manera que estos enjambres reaccionan a una rama en el viento.

Esencialmente, estas abejas crean un material autónomo que, incrustado en sí mismo, tiene múltiples habilidades. El enjambre puede detectar información del entorno cercano, basado en cuánto se estiran los enlaces del par. Puede calcular en el sentido de que determina qué regiones tienen más estiramiento de enlaces. Y puede actuar lo que significa moverse en la dirección hacia un mayor estiramiento.

Estas propiedades son algunas de las aspiraciones de larga data en los campos de materiales multifuncionales y materiales robóticos. La idea es combinar robots asequibles que tengan cada uno una cantidad mínima de componentes mecánicos y sensores, como los bloques M. Juntos pueden sentir su entorno local, interactuar con los robots vecinos y tomar sus propias decisiones sobre dónde moverse a continuación. Como Hiro, el joven robotista de la película de Disney "Big Hero 6" dice:"Las aplicaciones de esta tecnología son ilimitadas".

Por el momento, esto sigue siendo ciencia ficción. Pero cuanto más sepan los investigadores sobre las soluciones naturales de las abejas, cuanto más nos acercamos a hacer realidad ese sueño.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.