Samlad inuti ett litet skjul mitt i en lugn äng, mina kollegor och jag är på väg att vända omkopplaren för att starta en till synes vardaglig procedur:att använda en motor för att skaka en träbräda. Men under denna tavla, vi har en svärm på ungefär 10, 000 honungsbin, klamrar sig fast i varandra i en enda magnifik pulserande kon.

När vi delar en sista titt av upphetsad oro, svärmen, bokstavligen en bit levande material, börjar röra sig åt höger och vänster, jiggande som gelé.

Vem i deras rätta sinne skulle skaka en honungsbiesvärm? Mina kollegor och jag studerar svärmar för att fördjupa vår förståelse för dessa väsentliga pollinatorer, och även för att se hur vi kan utnyttja den förståelsen i världen av robotmaterial.

Många bin skapar en svärm

Svärmarna i vår studie förekommer som en del av reproduktionscykeln för europeiska honungsbikolonier. När antalet bin överstiger tillgängliga resurser, vanligtvis på våren eller sommaren, en koloni delar sig i två grupper. En grupp, och en drottning, flyga iväg på jakt efter en ny permanent plats medan resten av bin är kvar.

Under den insatsen, de flyttande bin bildar tillfälligt en mycket anpassningsbar svärm som kan hänga från trädgrenar, tak, staket eller bilar. Medan den är avstängd, de har inget bo för att skydda dem från väder och vind. Genom att krama ihop kan de minimera värmeförlusten till den kallare utemiljön. De måste också anpassa sig i realtid till temperaturvariationer, regn och vind - allt detta kan krossa det ömtåliga skyddet som de delar som en enhet.

Svärmen är storleksordningar större än storleken på ett enskilt bi. Ett bi kan eventuellt samordna sin aktivitet med närliggande bin alldeles intill, men det kunde verkligen inte samordna direkt med några bin längst ut i svärmen.

Så hur lyckas de upprätthålla mekanisk stabilitet inför något som stark vind - ett test som kräver nästan samtidig samordning genom hela svärmen?

Mina kollegor Jacob Peters, Mary Salcedo, L. Mahadevan och jag utarbetade en rad experiment för att ta itu med den frågan - vilket får oss att avsiktligt skaka svärmen.

Individuella handlingar, hela svärmsvaret

När vi skakade svärmen längs dess horisontella axel, bina justerade formen på deras svärm och blev inom några minuter bredare, mer stabil kon. Dock, när rörelsen var vertikal, formen förblev konstant tills en kritisk kraft uppnåddes som fick svärmen att bryta isär.

Varför reagerade bina på horisontell skakning, men inte till vertikal skakning? Det handlar om hur banden som bina skapar genom att "hålla i händer" blir sträckta.

Det visar sig att vertikal skakning inte stör dessa parbindningar så mycket som horisontell skakning gör. Med hjälp av en beräkningsmodell, vi visade att bindningar mellan bin som ligger närmare där svärmen fäster vid brädet sträcker sig mer än bindningar mellan bin längst ut på svärmen. Bin kunde känna dessa olika mängder stretching, och använd dem som en riktningssignal för att flytta uppåt och få svärmen att spridas.

Med andra ord, bin rör sig från platser där bindningar sträcker sig mindre, till platser där de sträcker sig mer. Detta beteendemässiga svar förbättrar svärmens kollektiva stabilitet som helhet på bekostnad av att öka den genomsnittliga bördan som det enskilda biet upplever. Resultatet är ett slags "mekanisk altruism", som det ena biet tål belastning till förmån för svärmens större nytta.

Ingenjörslektioner, undervisas av bin

Som en brett utbildad fysiker som studerar djurbeteende, Jag är fascinerad av den här utvecklade lösningen i naturen. Det är fantastiskt att honungsbin kan skapa multifunktionella material-gjorda av sina många individuella kroppar-som kan forma förändringar utan att en global konduktör säger till dem vad de ska göra. Ingen är ansvarig, men tillsammans håller de svärmen intakt.

Vad händer om ingenjörer kunde ta dessa lösningar och lärdomar från naturen och tillämpa dem på byggnader? Istället för ett knippe surrande bin, kan du föreställa dig ett bunt livliga robotar som klamrar sig på varandra för att skapa adaptiva strukturer i realtid? Jag kan tänka mig skyddsrum som snabbt sprids inför naturkatastrofer som orkaner, eller byggmaterial som kan känna av en jordbävnings vibrationer och reagera på samma sätt som dessa svärmar reagerar på en gren i vinden.

Väsentligen, dessa bin skapar ett autonomt material som - inbäddat i sig själv - har flera förmågor. Svärmen kan känna information från den omgivande miljön, baserat på hur mycket parbindningarna sträcker sig. Det kan beräkna, i den meningen att den räknar ut vilka regioner som har mer bindningssträckning. Och det kan aktivera, betyder att gå i riktning mot mer stretching.

Dessa egenskaper är några av de mångåriga ambitionerna inom multifunktionella material och robotmaterial. Tanken är att kombinera prisvärda robotar som alla har en minimal mängd mekaniska komponenter och sensorer, som M-blocken. Tillsammans kan de känna sin lokala miljö, interagera med närliggande robotar och fatta egna beslut om vart de ska flytta nästa. Som Hiro, den unga robotisten i Disney -filmen "Big Hero 6" säger, "Applikationerna till denna teknik är gränslösa."

För tillfället, detta är fortfarande science fiction. Men ju fler forskare vet om honungsbins naturliga lösningar, ju närmare vi kommer att förverkliga den drömmen.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.