Pour le savoir, les scientifiques ont collecté des données d'imagerie de 10 ruches qui présentaient des défauts délibérés dans leurs nids d'abeilles, que les abeilles avaient construits sur des cadres hexagonaux.
Le nid d'abeilles en cire d'abeille construit par d'innombrables abeilles est très important pour l'existence d'une colonie. De plus, comme la cire d'abeille est si chère, ils doivent réduire le rapport entre la cire d'abeille et le stockage dans le nid d'abeilles - les abeilles doivent consommer environ quatre kilos de miel pour excréter moins d'un demi-kilo de cire d'abeille. La tessellation naturelle des hexagones d'un nid d'abeille réduit la longueur de la bordure par unité de capacité de stockage. Cependant, lorsque les abeilles construisent leurs nids dans des trous d'arbres déjà existants, elles doivent mélanger des cellules de différentes tailles et formes en raison de limitations géométriques, ce qui entraîne des hexagones irréguliers et des défauts topologiques dans le nid d'abeilles.
Les mécanismes gouvernant la formation des nids d'abeilles avec des contraintes géométriques sont encore inconnus.
Golnar Gharooni Fard, doctorant à l'Université du Colorado à Boulder, a étudié comment les abeilles s'adaptent à cet environnement naturel, sous la supervision du biophysicien Orit Peleg et de l'ingénieur aérospatial Francisco López Jiménez.
Gharooni Fard a utilisé l'impression tridimensionnelle pour créer des cadres expérimentaux qui contrôlent précisément les sources géométriques de frustration appliquées sur le réseau hexagonal (angle d'inclinaison (A) et décalages (L et h) dans les axes horizontal et vertical), comme le montre le premier Figure ci-dessous. Cela a été fait pour imiter les contraintes géométriques. Il a ajouté des contraintes uniquement aux éléments espacés clairement définis du cadre.
Cette géométrie de cadre a empêché les abeilles d'élargir simplement les fondations hexagonales pour combler les vides.
Après une série d'expériences sur 10 ruches, les chercheurs ont mesuré les stratégies des abeilles pour surmonter les décalages dans leurs plans de cage. Gharooni Fard et ses collègues ont utilisé des techniques de vision par ordinateur pour identifier les cellules individuelles en nid d'abeille, après avoir pris des photos des cadres entièrement construits. Avec ces images, ils ont reconstruit la structure du peigne, révélant l'irrégularité des formes cellulaires construites dans la cavité, comme le montre la figure ci-dessous. Inspirés par les similitudes entre les joints de grains dans les peignes reconstruits et ceux du graphène, les chercheurs ont développé un algorithme basé sur la cristallographie pour placer les centres cellulaires dans le réseau à des emplacements qui minimisent certaines variations du potentiel de Lennard-Jones.
Les chercheurs ont créé une approche basée sur la cristallographie pour localiser les centres cellulaires à des points du réseau qui minimisaient un potentiel de Lennard-Jones donné. Cet algorithme a été développé sur la base des similitudes entre les joints de grains dans les peignes reconstruits et les joints de grains dans le graphène.
Les résultats des expériences des chercheurs et les prédictions du modèle ont montré un accord quantitatif. Par exemple, les défauts topologiques (cellules avec plus ou moins de six voisins) sont dus à un ensemble de contraintes géométriques, et les chercheurs ont trouvé une corrélation significative entre la densité de défauts et l'angle d'inclinaison des deux réseaux hexagonaux. Sans surprise, les erreurs étaient rares lorsqu'il n'y avait pas de pente entre les cages, et les abeilles construisaient régulièrement des hexagones réguliers pour les relier.
La cohérence entre expériences et simulations a également démontré l'intérêt d'utiliser des outils cristallographiques pour comprendre les structures sphériques en nid d'abeille résultant de l'interaction locale entre les cellules et leur environnement.
Source : physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20221201a/
Günceleme: 02/12/2022 21:57
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