از کندو تا فناوری پیشرفته:
چگونه زنبورها چاپ سه‌بعدی را متحول می‌کنند
نتایج جدید این پیچش پویا: چگونه یک الگوی تکراری را در مرزهای نامنظم بدون هدر دادن مواد تغییر دهیم
زنبورها می‌توانند فضاهای نامناسب را به کندوهای منظم تبدیل کنند. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که آن‌ها چگونه روش ساخت شانه‌های خود را با سطوح نامنظم تطبیق می‌دهند و با راه‌حل‌های هوشمندانه‌ای کندو را کاربردی نگه می‌دارند.
این رفتار شبیه یک تیم ساخت‌وساز غیرمتمرکز است و حتی می‌تواند الهام‌بخش روش‌های بهتری برای چاپ اشیا به‌صورت لایه‌به‌لایه باشد.
تیمی از محققان دانشگاه کلرادو بولدر بررسی کردند که چگونه زنبورها به‌صورت هماهنگ شانه‌های کاربردی را روی پایه‌های ناکامل می‌سازند. آزمایش‌های آن‌ها استراتژی‌های قانون‌مندی را نشان داد که از اقدامات کوچک و متعدد زنبورهای منفرد ناشی می‌شود.
موم زنبور: بتن کندو
اوریت پلگ، دانشیار دپارتمان علوم کامپیوتر دانشگاه کلرادو بولدر، می‌گوید: «ساخت کندو نمونه‌ای زیبا از حل مسئله به‌صورت جمعی توسط زنبورهاست. هر زنبور مقدار کمی موم دارد و می‌داند کجا آن را قرار دهد، اما ما اطلاعات کمی درباره چگونگی این تصمیم‌گیری‌ها داریم.»
یک کلونی با بودجه‌ای ارزشمند کار می‌کند. زنبورها در ماه‌های گرم شهد جمع‌آوری می‌کنند. آنزیم‌های موجود در بزاق آن‌ها شهد را به عسل تبدیل می‌کند که سپس در سلول‌ها خشک و غلیظ می‌شود. اقتصاد این فرآیند سخت است: برای تولید یک پوند عسل، حدود 2 میلیون بازدید از گل‌ها لازم است.
سپس هر زنبور کارگر حدود 8 اونس عسل ( هر اونس معادل 28 گرم) می‌خورد تا یک اونس موم تولید کند. در واقع موم، بتن کندوست. هرچه زنبورها از آن کارآمدتر استفاده کنند، فضای بیشتری برای ذخیره غذا و پرورش لارو خواهند داشت.
قدرت شش‌ضلعی‌ها
در شرایط ایده‌آل، زنبورها 6 ضلعی‌های تقریباً کامل را ترجیح می‌دهند. این هندسه به دلیل استفاده بهینه از فضا با حداقل مواد شناخته شده است.
اما مکان‌های طبیعی لانه‌سازی، مانند تنه‌های توخالی درختان، فضاهای زیرشیروانی یا قاب‌های جعبه‌ای، به‌ندرت سطوح صاف ارائه می‌دهند و معمولاً دارای ناهمواری‌ها، شکاف‌ها و انحناها هستند.
در چنین زمین‌های ناهمواری، سلول‌های ایده‌آل پرهزینه می‌شوند. اندازه‌های نامنظم موم بیشتری نیاز دارند و کارایی ذخیره‌سازی و پرورش لارو را کاهش می‌دهند. بااین‌حال، کندو باید کار کند، بنابراین زنبورها خود را تطبیق می‌دهند.
مقابله زنبورها با چالش‌های ساختاری
تیم تحقیقاتی تصمیم گرفت نحوه این تطبیق‌ها را بررسی کند. گُلنار قارونی‌فرد، نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «ما می‌خواستیم قوانین تصمیم‌گیری در یک کلونی غیرمتمرکز را پیدا کنیم.»
آن‌ها پایه‌های شانه را با چاپ سه‌بعدی در اندازه‌های مختلف - کوچک‌تر از حد معمول، بزرگ‌تر از حد معمول و نزدیک به میانگین - تولید کردند.
این پنل‌ها در کندوهای زنده نزدیک رود «بولدر» قرار گرفتند، جایی که زنبورهای جمع‌آوری‌کننده شهد با زنبورهای بازگشتی ترکیب شدند و دیواره‌های شش‌ضلعی شروع به شکل‌گیری کردند.
پس از ساخت شانه‌ها توسط زنبورها، محققان با استفاده از میکروسکوپ اشعه ایکس ساختار دقیق آن‌ها را اسکن کردند تا نقشه‌ای از تاکتیک‌های ساخت‌وساز آنی زنبورها در مواجهه با ناهماهنگی بین الگوی هدایت‌شده و اندازه‌های ترجیحی آن‌ها به دست آورند.
راه‌حل‌های زنبورها برای حفظ کندو
در پایه‌های با سلول‌های کوچک، زنبورها سلول‌های مجاور را ادغام کردند تا حجم قابل‌استفاده را بازیابی کنند. در پایه‌های با سلول‌های بزرگ‌تر، دیواره‌ها را کج کردند، سلول‌ها را لایه‌بندی کردند. زنبورها در تمام الگوها استراتژی‌های مختلفی را ترکیب کردند و هیچ‌گاه سایت را رها نکردند؛ بلکه آن را کاربردی کردند.
قارونی‌فرد می‌گوید: «همه این‌ها در طبیعت اتفاق می‌افتد. اگر زنبورها در حال ساخت شانه روی درختی باشند و به انتهای شاخه برسند، ممکن است شاخه کاملاً صاف نباشد و آن‌ها باید این مشکل را حل کنند.»
تصویری که پدیدار می‌شود، نه یک طرح کلی از بالا به پایین، بلکه مجموعه‌ای از قوانین محلی است که در میان کارگران متعدد توزیع شده است. هر زنبور مقدار کمی موم اضافه می‌کند، هندسه و همسایگان را حس می‌کند و خود را تطبیق می‌دهد. کلونی به‌صورت جمعی محدودیت را حل می‌کند.
این مطالعه هنوز دلیل هر تاکتیک را به‌طور کامل مشخص نکرده است. برخی انتخاب‌ها ممکن است تعادل بین استحکام، ذخیره‌سازی و نیازهای پرورش لارو را نشان دهند. برخی دیگر ممکن است محدودیت‌های اندازه بدن یا جریان گرما را منعکس کنند.
نویسندگان قصد دارند منطق تصمیم‌گیری را بیشتر کاوش کنند - اینکه زنبورها چگونه تاکتیک‌ها را تغییر می‌دهند، چگونه کار را تقسیم می‌کنند و چگونه اطلاعات بدون سرپرست پخش می‌شود.
حکمت کندو برای فناوری جدید
پیامدهای این مطالعه فراتر از حشره‌شناسی است. شانه‌های عسل پیش‌تر الهام‌بخش ساختارهای سبک و مقاوم در هوافضا و معماری بوده‌اند. نتایج جدید یک پیچش پویا اضافه می‌کنند: چگونه یک الگوی تکراری را در مرزهای نامنظم بدون هدر دادن مواد تغییر دهیم.
لوپز خیمنز از دپارتمان علوم مهندسی هوافضای دانشگاه «کلرادو بولدر» نیز درس‌هایی برای تولید افزودنی (چاپ سه‌بعدی) می‌بیند.
او می‌گوید: «زنبورها به نوبت کار می‌کنند و خود را سازمان‌دهی می‌کنند، و ما نمی‌دانیم این چگونه اتفاق می‌افتد. آیا می‌توانیم از نحوه سازمان‌دهی کار یا توزیع زنبورها چیزی یاد بگیریم؟»
اگر چاپگرهای سه‌بعدی حتی بخشی از این انطباق‌پذیری را وام بگیرند - تغییر جهت لایه‌ها یا اندازه سلول‌ها در لحظه برای رفع نقص‌ها - مهندسان می‌توانند ضایعات را کاهش دهند و قابلیت اطمینان را بهبود بخشند. کندو مسیری را پیشنهاد می‌کند: قوانین محلی ساده که در میان عوامل متعدد مقیاس‌پذیر باشند، می‌توانند ساختارهای جهانی مقاوم ایجاد کنند.
معماری زاده‌شده از تکامل
زنبورها منتظر پایه‌های کامل نمی‌مانند. آن‌ها سطوح نامنظم را به‌عنوان پازل‌هایی می‌بینند و با مجموعه‌ای از ادغام‌ها، کج‌سازی‌ها و لایه‌بندی‌ها آن‌ها را حل می‌کنند.
این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه معماری کارآمد می‌تواند از اقدامات کوچک بی‌شمار پدید آید، هر یک با اطلاعات محدود هدایت می‌شود، اما توسط تکامل برای صرفه‌جویی تنظیم شده است. این زیست‌شناسی خوبی است - و شاید مهندسی خوبی هم باشد.
این مطالعه در مجله PLOS Biology منتشر شده است و می توانید اطلاعات تخصصی این مطالعه را در لینک اینجا مطالعه کنید.
نویسنده گزارش: آندری یونسکو - سایت earth
دیدگاه تان را بنویسید