De överlevnadsstrategier som används av en av de mest aggressiva, territoriella och giftiga myrarterna kan bana väg för att revolutionera robotteknik, medicin och ingenjörskonst.
Eldmyror överlever översvämningar genom att tillfälligt sammankoppla sina ben för att skapa en flottliknande struktur, så att de kan flyta kollektivt i säkerhet som en enad koloni och sedan släppa för att återuppta sina individuella former.
Med inspiration från denna naturliga process upptäckte forskare vid Texas A&M University en metod som gör att syntetiska material kan efterlikna myrornas autonoma montering, omkonfigurering och demontering som svar på miljöförändringar som värme, ljus eller lösningsmedel.
Forskare använde formförändrande polymerband som kan självmontera, ändra sin volym och demonteras efter behov genom att använda känsliga hydrogeler, flytande kristallelastomerer eller semikristallina polymerer som kan böjas eller vridas. Deras resultat har publicerats i Nature Materials .
Som doktorand blev Dr Taylor Ware, nu docent vid institutionerna för biomedicinsk teknik och materialvetenskap och teknik vid Texas A&M, fängslad av en artikel om myror. Redan intresserad av material och forskning väcktes hans känsla av förundran när Ware upptäckte att eldmyror använder geniala överlevnadsstrategier under översvämningar.
"Vi tenderar att fokusera på att härma de riktigt underbara sakerna i naturen – som fjärilsvingar. Men det är kanske också värt att härma några av de saker som vi inte tycker är så intressanta i naturen, som fortfarande är fantastiskt användbara, som eldens beteenden. myror", sa han. "Det är trevligt att härma saker som är riktigt imponerande även om de inte är så älskade. Du kan lära dig mycket av sådana varelser."
Denna metod gör det möjligt att skapa och manipulera strukturer i utmanande miljöer, som människokroppen, utan invasiva procedurer. Genom att använda känsliga hydrogeler, flytande kristallelastomerer eller semikristallina polymerband som böjs och vrids, kan ett fast biomaterial demonteras till en form som rör sig som en vätska för injektion och sedan sättas ihop när det väl är på plats.
"Vi har redan material som kan förändras i form, men vi trodde att det skulle vara riktigt coolt om många enskilda materialpartiklar kunde arbeta tillsammans för att bilda strukturer som myror gör," sa Ware.
"Man kan se i naturdokumentärer att myror bildar broar, flottar och annat, men det som också är viktigt är att de kan släppa taget och gå tillbaka till att vara en myra. Den reversibla formförändringen av de responsiva polymererna möjliggör liknande beteende i rent syntetiska system. "
Artikelns huvudförfattare är Dr Mustafa Abdelrahman, en före detta doktorand vid Ware som nu är postdoktor vid Harvard University. Andra medarbetare inkluderar forskare från Dr. Akhilesh Gaharwars grupp vid den biomedicinska ingenjörsavdelningen vid Texas A&M, Dr. Carmel Majidi vid Carnegie Mellon University och Dr. Franck Vernerey vid University of Colorado i Boulder.
Framtida tillämpad forskningsprojekt inkluderar användning av injicerbara biomaterial för att hjälpa till att läka vävnad. Ändå, i grunden, sa Ware att teamet är intresserade av att efterlikna beteenden som ses i andra djursvärmar och förstå vad som händer om partiklarna kan fås att simma före eller under deras intrassling.
Mer information: Mustafa K. Abdelrahman et al, Materialsammansättning från kollektiv verkan av formförändrande polymerer, Nature Materials (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01761-4. www.nature.com/articles/s41563-023-01761-4
Journalinformation: Naturmaterial
Tillhandahålls av Texas A&M University College of Engineering
