Perilaku Semut Api Menginspirasi Ilmuan Membuat Robot Masa depan

Serangga Api adalah salah satu spesies semut dalam genus genus Solenopsis, berwarna merah kecoklatan dan hidup berkoloni hingga 100.000 ekor semut.

Studi baru oleh para insinyur di University of Colorado Boulder menemukan aturan fisika sederhana dalam rakit semut api di badai air yang berubah dari waktu ke waktu: menyusut, mengembang, atau menumbuhkan tonjolan panjang seperti belalai gajah. Temuan tim ini suatu hari dapat membantu para peneliti merancang robot yang bekerjasama dalam kawanan atau bahan generasi berikutnya di mana molekul bermigrasi untuk memperbaiki tempat yang rusak. Studi ini terbit di jurnal PLOS Computational Biology.

“Asal usul perilaku seperti itu terletak pada aturan yang cukup sederhana,” kata Franck Vernerey, peneliti utama pada studi baru dan profesor di Departemen Teknik Mesin Paul M. Rady. “Semut tunggal tidak secerdas yang dibayangkan, tetapi, secara kolektif, mereka menjadi komunitas yang sangat cerdas dan tangguh.”

Semut api membentuk gumpalan raksasa serangga yang menggeliat setelah badai di Amerika Serikat bagian tenggara untuk bertahan hidup di air yang mengamuk.

Dalam studi terbaru mereka, Vernerey dan penulis utama Robert Wagner menggunakan simulasi matematika, atau model, untuk mencoba mencari tahu mekanisme yang mendasari sekoci ini. Mereka menemukan, misalnya, bahwa semakin cepat semut dalam rakit bergerak, semakin banyak rakit yang akan mengembang ke luar, sering kali membentuk tonjolan panjang.

“Perilaku ini pada dasarnya bisa terjadi secara spontan,” kata Wagner, seorang mahasiswa pascasarjana di bidang teknik mesin. “Tidak perlu ada pengambilan keputusan sentral oleh semut.”

Wagner dan Vernerey menemukan rahasia rakit semut hampir secara tidak sengaja.

Dalam studi terpisah yang diterbitkan pada tahun 2021, duo ini menjatuhkan ribuan semut api ke dalam ember berisi air dengan batang plastik di tengahnya — seperti buluh sendirian di tengah air badai. Kemudian mereka menunggu.

“Kami meninggalkan mereka di sana hingga 8 jam untuk mengamati evolusi jangka panjang dari rakit ini,” kata Wagner. “Apa yang akhirnya kami lihat adalah bahwa rakit mulai membentuk pertumbuhan ini.”

Alih-alih tetap dalam bentuk yang sama dari waktu ke waktu, struktur itu akan memadat, menarik ke dalam membentuk lingkaran padat semut. Di titik lain, serangga akan menyebar seperti adonan pancake di atas wajan, bahkan membuat ekstensi seperti jembatan.

Kelompok tersebut melaporkan bahwa semut tampaknya memodulasi perubahan bentuk ini melalui proses “treadmilling”. Seperti yang dijelaskan Wagner, setiap rakit semut terdiri dari dua lapisan. Di bagian bawah, Anda dapat menemukan semut “struktural” yang menempel erat satu sama lain dan membentuk pangkalan. Di atas mereka adalah semut lapisan kedua yang berjalan bebas di atas sesama anggota koloni mereka.

Selama beberapa jam, semut dari bawah dapat merangkak naik ke atas, sementara semut yang berkeliaran bebas akan turun ke bawah untuk menjadi bagian dari lapisan struktural.

“Semuanya seperti treadmill berbentuk donat,” kata Wagner.

Jembatan menuju keselamatan

Dalam studi baru, peneliti ingin mengeksplorasi apa yang membuat treadmill itu berputar.

Untuk melakukan itu, tim membuat serangkaian model yang pada dasarnya mengubah rakit semut menjadi permainan catur yang rumit. Para peneliti memprogram sekitar 2.000 partikel bulat, atau “agen”, untuk menggantikan semut. Agen-agen ini tidak dapat membuat keputusan untuk diri mereka sendiri, tetapi mereka mengikuti serangkaian aturan sederhana: Semut palsu, misalnya, tidak suka menabrak tetangga mereka, dan mereka berusaha menghindari jatuh ke dalam air.

Ketika mereka membiarkan permainan itu dimainkan, Wagner dan Vernerey menemukan bahwa rakit semut simulasi mereka sangat mirip dengan aslinya.

Secara khusus, tim dapat menyesuaikan seberapa aktif agen dalam simulasi mereka: Apakah semut individu lambat dan malas, atau apakah mereka banyak berjalan-jalan? Semakin banyak semut berjalan, semakin besar kemungkinan mereka untuk membentuk ekstensi panjang yang mencuat dari rakit agak seperti orang yang sedang menuju pintu keluar di stadion yang penuh sesak.