Para averiguarlo, los científicos recopilaron datos de imágenes de 10 colmenas que tenían fallas deliberadas en sus panales, que las abejas habían construido en marcos hexagonales.
El panal de cera de abeja construido por innumerables abejas es muy importante para la existencia de una colonia. Además, debido a que la cera de abejas es tan costosa, necesitan reducir la proporción de cera de abejas para el almacenamiento en el panal: las abejas deben consumir alrededor de cuatro kilos de miel para excretar menos de medio kilo de cera de abejas. El teselado natural de los hexágonos de un panal reduce la longitud del borde por unidad de capacidad de almacenamiento. Sin embargo, cuando las abejas construyen sus nidos en agujeros de árboles ya existentes, tienen que mezclar celdas de varios tamaños y formas debido a limitaciones geométricas, lo que resulta en hexágonos irregulares y defectos topológicos en el panal.
Los mecanismos que rigen la formación de panales con restricciones geométricas aún se desconocen.
Golnar Gharooni Fard, estudiante de doctorado en la Universidad de Colorado Boulder, estudió cómo las abejas se adaptan a este entorno natural, bajo la supervisión de la biofísica Orit Peleg y el ingeniero aeroespacial Francisco López Jiménez.
Gharooni Fard utilizó la impresión tridimensional para crear marcos experimentales que controlan con precisión las fuentes geométricas de frustración aplicadas en la red hexagonal (ángulo de inclinación (A) y compensaciones (L y h) en los ejes horizontal y vertical), como se muestra en la primera la siguiente figura. Esto se hizo para imitar las restricciones geométricas. Ha agregado restricciones solo a elementos espaciados claramente definidos del marco.
Esta geometría del marco impidió que las abejas simplemente expandieran los cimientos hexagonales para llenar los vacíos.
Después de una serie de experimentos en 10 colmenas, los investigadores midieron las estrategias de las abejas para superar los desajustes en los planos de sus jaulas. Gharooni Fard y sus colegas utilizaron técnicas de visión por computadora para identificar celdas de panal individuales, después de tomar fotografías de los marcos completamente construidos. Con estas imágenes, reconstruyeron la estructura del peine, revelando la irregularidad de las formas de las celdas construidas dentro de la cavidad, como se muestra en la figura a continuación. Inspirándose en las similitudes entre los límites de los granos en los peines reconstruidos y los del grafeno, los investigadores desarrollaron un algoritmo basado en la cristalografía para colocar los centros de las células en la red en lugares que minimizan alguna variación del potencial de Lennard-Jones.
Los investigadores crearon un enfoque basado en la cristalografía para ubicar los centros de las células en puntos dentro de la red que minimizaban un potencial de Lennard-Jones determinado. Este algoritmo se desarrolló en base a las similitudes entre los límites de grano en peines reconstruidos y los límites de grano en grafeno.
Los resultados de los experimentos de los investigadores y las predicciones del modelo mostraron un acuerdo cuantitativo. Por ejemplo, los defectos topológicos (celdas con más o menos de seis vecinos) se deben a un conjunto de restricciones geométricas, y los investigadores encontraron una correlación significativa entre la densidad de los defectos y el ángulo de inclinación de las dos redes hexagonales. Como era de esperar, los errores eran raros cuando no había pendiente entre las jaulas, y las abejas construían regularmente hexágonos regulares para conectarlas.
La consistencia entre los experimentos y las simulaciones también ha demostrado el valor de utilizar herramientas cristalográficas para comprender las estructuras esféricas en forma de panal que resultan de la interacción local entre las células y su entorno.
Fuente: physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20221201a/
Günceleme: 02/12/2022 21:57
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