Nghệ thuật xây cầu, làm đường của loài kiến để không bao giờ bị ùn tắc

Mặc dù chỉ có khoảng 250.000 tế bào thần kinh trong não bộ (so với 86 tỷ tế bào của con người), những con kiến vẫn làm nên nhiều kỳ tích ấn tượng mà loài người chúng ta phải ngả mũ kính phục.

Chẳng hạn khi nói đến khả năng xây cầu và làm đường, những con kiến không chỉ là kiến trúc sư tài ba, mà chúng còn là một tập thể những nhà kinh tế học thực thụ. Kiến biết chọn vị trí xây cầu sao cho tiết kiệm và hiệu quả nhất.

Chúng cũng biết san nền để vượt qua một địa hình hiểm trở như những người lính công binh. Rồi xây các tuyến đường cao tốc trên sườn dốc đứng tới 90 độ. Trên hết, kiến có thể vận hành toàn bộ mạng lưới giao thông của chúng mà gần như không bao giờ bị ùn tắc.

Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu bí mật giúp loài kiến làm được những điều đó.

1. Khi xây cầu, kiến vừa là kiến trúc sư, vừa là nhà kinh tế học

Chắc hẳn bạn chẳng lạ gì cảnh một đàn kiến bắc cầu cho nhau đi qua một khe hở trên không trung. Khi đó, từng con từng con kiến một sẽ vươn thân mình của chúng ra, cắn lấy chân đồng loại và tạo thành một cây cầu sống.

Đáng ngạc nhiên hơn nữa, trong toàn bộ quá trình xây cầu của mình, những con kiến không hề nhận được chỉ đạo từ bất cứ con kiến nào. Nghĩa là chúng không có kiến trúc sư trưởng, không có những người quản đốc và việc xây cầu chỉ đơn giản là bản năng.

Để tìm hiểu tại sao kiến có thể làm được như vậy, một nhóm các nhà khoa học đến từ Viện Công nghệ New Jersey đã làm một số thí nghiệm. Họ đã quay lại video time lapse để phân tích cách đàn kiến xây cầu.

Giải thích tại sao kiến lại chọn làm vậy, các nhà khoa học cho biết chúng có thể đã làm một phép tính kinh tế học trong đầu. Theo đó, nếu tốn quá nhiều kiến để xây một cây cầu quá dài, số lượng kiến tham gia kiếm ăn sẽ bị sụt giảm.

Những con kiến xây cầu như thế nào?

Hóa ra, mọi chuyện đã diễn ra như sau: Khi một con kiến đi đến đường cụt, nó sẽ giảm tốc độ lại trước khi đi tới rìa và vươn ra khoảng trống để thăm dò. Cùng lúc đó, một con kiến khác sẽ bước lên người nó.

Ngay khi con kiến phía dưới thấy một con khác bước lên người mình, nó sẽ kích hoạt hiệu ứng "đóng băng". Quá trình này lặp lại tương tự, một con kiến thứ ba lại leo lên người con thứ hai và con thứ hai đóng băng lại.

Dần dần, cả một đám kiến sẽ tụ lại với nhau theo cách đó, cho đến khi chúng hình thành được một cây cầu nối vào phía bên kia khoảng trống. Những con kiến phía dưới cầu tiếp tục đóng băng để giữ vững cây cầu cho cả đàn đi qua.

Cuối cùng, khi lũ kiến bên dưới nhận thấy áp lực trên lưng chúng đã giảm, nghĩa là lưu lượng giao thông qua cầu không còn nhiều, chúng sẽ giải tán cây cầu một cách chậm rãi, tự bước lên lưng nhau và trở lại trạng thái hoạt động bình thường.

Nhưng trí tuệ tập thể của loài kiến chưa dừng lại ở đó, trong một thí nghiệm khác, các nhà khoa học New Jersey đã thử đàn kiến với một con đường hình chữ V.

Lần này, họ mong chờ lũ kiến sẽ tìm cách xây một cây cầu lớn để bắc qua vị trí miệng chữ V, nơi có khoảng trống lớn nhất. Điều này cũng có nghĩa là quãng đường của kiến sẽ được rút ngắn nhất.

Nhưng thật bất ngờ, lũ kiến không làm vậy. Chúng chỉ xây cầu đến khoảng giữa chữ V và dừng lại:

Giải thích tại sao kiến lại chọn làm vậy, các nhà khoa học cho biết chúng có thể đã làm một phép tính kinh tế học trong đầu. Theo đó, nếu tốn quá nhiều kiến để xây một cây cầu quá dài, số lượng kiến tham gia kiếm ăn sẽ bị sụt giảm.

Lúc này, lũ kiến sẽ chọn đi một con đường ngắn lại vừa phải, nhưng vẫn đảm bảo lưu lượng kiến đi làm nhiệm vụ. Các thống kê tiếp theo cho thấy kiến chỉ dành ra tối đa 20% số con trong đàn để bắc cầu.

Trong một cuộc hành quân, chúng có thể xây dựng từ 40-50 cây cầu khác nhau, nhưng luôn duy trì 80% số con trong đàn di chuyển liên tục để kiếm ăn. Do đó, khi nói đến chuyện xây cầu, kiến vừa là những kiến trúc sư, vừa là những nhà kinh tế học.

2. Đảm bảo cho những tuyến đường cao tốc

Trong mỗi chuyến kiếm ăn của mình, bạn có thể thấy lũ kiến luôn chạy loạn xạ để lùng sục khu vực xung quanh chúng. Những con kiến chạy nhanh nhất có thể đạt tới tốc độ hơn 85,5 cm/s, tương đương với khoảng 3 km/h.

Tưởng chừng là một con số nhỏ bé, nhưng không, nếu bạn thu nhỏ mình xuống kích thước một con kiến, tốc độ đó tương đương với 108 lần chiều dài cơ thể bạn chỉ trong 1 giây. Với tỷ lệ của cơ thể người, nó tương đương với ai đó đang chạy với vận tốc 200 m/s, hay 720 km/h.

Do đó, trong thế giới của loài kiến, chúng thích những tuyến đường cao tốc.

Thật không may, khu vực kiếm ăn của kiến thường gồ ghề và có đủ các loại địa hình khác nhau. Để có thể đảm bảo tốc độ trên những tuyến đường đó, đôi khi lũ kiến sẽ phải xây dựng lại tuyến đường.

Ví dụ như trong thí nghiệm bên trên, các nhà khoa học đang mô phỏng lại cách một đàn kiến san nền cho tuyến cao tốc của chúng, để đảm bảo tốc độ khi băng qua một miếng băng dính 2 mặt.

Miếng băng dính này có thể mô phỏng cho một vũng bùn lầy nhớp nháp, làm dính chân chúng và khiến tốc độ bị giảm sút. Theo đó, lũ kiến đã làm việc như một đại đội công binh. Chúng liên tục thu nhặt những mảnh vụn xung quanh để san nền cho tuyến cao tốc.

Thế còn khi gặp các bề mặt gồ ghề thì sao? Lũ kiến sẽ lại xây cầu vượt qua đó. Ví dụ như trong video này, các nhà khoa học đã cho lũ kiến đi qua hai tấm bìa dốc 50 độ và 90 độ.

Bình thường, với những ngạnh chân của mình, kiến dù bám chắc đến đâu cũng có thể bị tụt xuống một con đường có góc nghiêng trên 40 độ.

Do đó, chúng đã nhanh chóng xây một cây cầu vượt bắc qua địa hình hiểm trở này. Kết quả là lũ kiến tiếp tục đảm bảo được tốc độ của chúng, trong khi có thể an toàn đi qua khu vực nghiêng mà không bị rơi xuống.

3. Tại sao dù rất đông nhưng kiến gần như không bao giờ bị tắc đường?

Năm 2020, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Georgia đã làm hơn 170 thí nghiệm để tìm hiểu hành vi giao thông của kiến. Họ cho những con kiến đi qua những cây cầu hẹp và thấy lũ kiến có thể chiếm 80% sức chứa của cây cầu mà vẫn đi lại bình thường.

Trong khi nếu là một cây cầu của con người, chỉ cần vượt qua 40% sức chứa của nó là giao thông sẽ ùn tắc.

Những con kiến có thể giữ lưu lượng giao thông trên một cây cầu ổn định, ngay cả khi nó đã chạm ngưỡng 80% sức chứa.

Trong một tổ kiến lên đến hàng chục ngàn con, kiến cũng chỉ xây những lối đi nhỏ hẹp, nhiều khi chỉ vừa cho "hai làn xe chạy". Nhưng tuyệt nhiên không bao giờ trong tổ kiến bị ùn tắc.

Các nhà khoa học tại Georgia phát hiện mỗi khi một con kiến đi vào đường hầm và thấy một con khác đang ở trong đó, nó ngay lập tức rút rui và tìm một đường hầm khác.

Cùng thời gian đó, những con kiến quay đầu sẽ báo cho những con kiến đi ngược chiều không đi vào tuyến đường đã quá đông, buộc chúng phải tìm một tuyến đường thay thế.

"Bí quyết của loài kiến rất đơn giản", các nhà khoa học cho biết. "Chúng đặt lợi ích của toàn tổ lên hàng đầu. Kiến thường hi sinh một phần lợi ích cá nhân khi tham gia giao thông, nhưng điều đó lại khiến toàn bộ hệ thống vận hành hiệu quả hơn".

Ngược lại, con người luôn có một xung đột cố hữu giữa lợi ích cá nhân và lợi ích tập thể. Đó chính là lý do chính gây tắc đường và làm tổng thời gian di chuyển của toàn xã hội tăng lên.

Các nhà khoa học cho biết bằng cách quan sát và nghiên cứu hành vi của kiến, chúng ta có thể học tập được từ chúng rất nhiều điều. Ví dụ, các kỹ năng thiết kế và vận hành giao thông của kiến có thể được sử dụng để tạo ra vật liệu dẻo, kim loại tự phục hồi.

Chúng cũng có thể được ứng dụng để tạo ra các robot mini tự hành và tự thám hiểm các khu vực nguy hiểm, ví dụ như địa điểm phóng xạ. Hãy tưởng tượng một đàn robot cũng có thể hợp thành các cấu trúc để thu hẹp khoảng trống, giúp bắc những cây cầu thoát hiểm cho một khu vực đổ nát vừa bị thiên tai tấn công.

Nói tóm lại, con người có thể học được nhiều điều từ loài kiến, bởi chúng cũng là những sinh vật xã hội như chúng ta nhưng lại biết cách tổ chức xã hội của chúng một cách rất trật tự và quy củ.

Tham khảo Sciencealert, Theconversation, Quantamagazine