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Les fourmis de l'armée en Amérique centrale et en Amérique du Sud recherchent agressivement le chemin le plus court par-dessus le sol de la forêt pour rapporter suffisamment de nourriture à la maison et assurer l'avenir de leur colonie. Cette focalisation sur l'efficacité a conduit les insectes à développer une astuce intelligente: ils unissent leurs corps pour combler les nids-de-poule et construire des ponts vivants.
À mesure que de plus en plus de fourmis se joignent, les ponts se déplacent pour couvrir des espaces de plus en plus grands, raccourcissant ainsi le chemin que les fourmis doivent emprunter pour ramener de la nourriture au nid. Mais comme chaque brique du pont est aussi un fouisseur perdu, les fourmis atteignent un point où un raccourci légèrement meilleur ne vaut tout simplement pas le coût, selon une nouvelle analyse de ce travail de construction d'insectes.
«Globalement, le compromis coûts-avantages est atteint, mais sans que les fourmis soient vraiment au courant», déclare Chris Reid, responsable de l'étude, de l'Université de Sydney.
L'étude de Reid, qui paraît cette semaine dans PNAS, est l'examen le plus complet des algorithmes architecturaux utilisés par les fourmis de l'armée lorsqu'elles construisent des ponts. La compréhension de ces règles pourrait aider les scientifiques à concevoir des essaims robotiques plus intelligents, par exemple, en programmant des matériaux à assembler par eux-mêmes afin de créer des structures dynamiques de la taille d'un radeau de sauvetage ou d'un stent chirurgical.
Pour voir leurs sujets échapper à la fourmi dans la nature, l'équipe de Reid s'est rendue dans la jungle de l'île de Barro Colorado au Panama. Les fourmis de l'armée du genre Eciton, bien que petits assassins voraces, sont prudents en matière de chasse durable. Après une dure journée à piller les larves des colonies d’autres fourmis et de guêpes, elles ramassent et se dirigent vers un nouveau territoire situé à une centaine de mètres.
«Vous revenez le lendemain à l'endroit où vous aviez déjà trouvé ces fourmis, et elles seraient parties», dit Reid. La seule façon de les retrouver de manière fiable était de rattraper le mouvement en cours, ce qui signifiait aller dans la jungle la nuit.
«Cela a donc toujours été une expérience amusante: des tarentules partout, des rumeurs selon lesquelles des jaguars harcèlent l'île et toutes sortes de choses de ce genre», dit-il.
Après avoir balisé le nouveau terrain de chasse des fourmis, les chercheurs sont retournés au camp et sont revenus le lendemain pour trouver des colonnes serrées de pillards courant le long de routes impromptues entre le nid de fourmis de l’armée temporaire et les nids de leurs victimes.
Les fourmis naviguent à l’aide de phéromones afin que l’équipe puisse utiliser les bâtons balisés du chemin pour les utiliser comme panneaux de signalisation et réorienter la circulation vers leur expérience. Sur le sol de la forêt, ils ont posé des tableaux blancs avec une bande dans le sentier en forme de triangle ouvert.
Au Panama, des chercheurs ont enregistré des fourmis de l'armée qui construisaient des ponts vivants pour emprunter le chemin le plus efficace le long du sol de la forêt. (Christopher R. Reid, Matthew J. Lutz, Simon Garnier et le New Jersey Institute of Technology)Lorsque l'équipe de Reid a enregistré l'action, elle a vu les fourmis résoudre leurs problèmes en temps réel. D'abord, une seule fourmi trébuche sur l'espace d'un mètre juste sous l'escroc et reste en place. Puis une autre fourmi, marchant sur elle, fixe des phéromones sur le chemin raccourci.
Bientôt, les fourmis qui utilisent le raccourci gèlent sur place pour faire partie du pont, car un contact fréquent avec d’autres fourmis les rend plus enclines à s’enfermer. À mesure que le pont s’épaissit, les fourmis qui voyagent préfèrent s’éloigner de l’escroc, plus court.
L'augmentation du trafic sur le bord privilégié fait que ce côté du pont se développe à mesure que de nouveaux employés rejoignent l'architecture. Dans le même temps, les travailleurs sur le bord impopulaire sont rarement touchés et commencent à partir. Avec le temps, l'ensemble du pont commence à migrer loin de l'escroc.
Mais chaque fois qu'ils ont enregistré les fourmis, l'équipe de Reid a vu le pont s'arrêter de bouger à un moment donné au milieu de l'écart.
«Pourquoi s’arrêtent-ils alors?» Dit-il. "Vous imagineriez que le processus se poursuivrait jusqu'au bout, jusqu'à ce qu'ils aient cette belle piste droite qui couvre toutes les lacunes de leur environnement."
En réfléchissant au niveau de la colonie, la stratégie est judicieuse du point de vue financier, estime l’équipe. Un pont peut faire gagner du temps, mais chaque travailleur pris dans un pont est également un travailleur qui ne ramène pas de nourriture au nid. Une fois que trop de travailleurs ont quitté la route, l'amélioration d'un pont est un gaspillage de ressources précieuses.
«Je m'attendais juste à ce qu'ils construisent le pont qui emprunte le chemin le plus court possible», explique David Hu de Georgia Tech, qui a déjà étudié les radeaux vivants construits par les fourmis lors des inondations. "Comment savent-ils que c'est le meilleur pont pour eux?"
Bien que cela ne soit toujours pas clair, l'explication privilégiée de Reid est que le pont cesse de bouger lorsque la diminution de la circulation devient perceptible pour la structure vivante. À mesure que le pont long aspire plus de fourmis, les touches qui incitent une fourmi à donner son corps au pont deviennent moins courantes.
Alors que Hu pense que cette explication est trop rugueuse pour considérer le mystère résolu, il souligne que cette «belle expérience» est un premier pas pour comprendre ce type de comportement de résolution de problèmes et l'appliquer éventuellement à des robots en essaim.
«Nous n’avons rien de construit en robotique qui associe à la fois un mouvement très rapide et un matériau de construction», dit-il. «Ils passent de l’état de marche à l’état de construction du pont si rapidement que cela semble se métamorphoser».
À l'avenir, le groupe de Reid envisage de travailler avec l'informaticienne de Harvard, Radhika Nagpal, qui pense qu'une architecture de calcul et de calcul dont les fourmis de l'armée sont capables serait utile pour de petits robots consomptibles dans des opérations de sauvetage dangereuses. «Ils pourraient s'auto-assembler dans de plus grandes structures: ponts, tours, chaînes de traction, radeaux», dit-elle.
Au-delà de ces applications techniques, les fourmis elles-mêmes démontrent la puissance d’un essaim sans leader mais bien programmé.
"Ils sont un super-organisme à coup sûr", dit Nagpal. «Je ne vois pas comment on peut se tromper en étant complètement fasciné par la façon dont un groupe de cette taille peut faire tant de choses si rapidement et sans politique, et sans hiérarchie de gestionnaires et de PDG.»
