La plupart des fourmis saisissent et coupent adroitement leur nourriture avec une paire de mandibules en forme de baguettes. Mais les fourmis à mâchoires pièges sont également capables d'écraser leurs mâchoires à des vitesses incroyablement rapides, frappant leurs victimes en 0,77 μs. Pourtant, déclencher de tels coups balistiques présente un risque. Les animaux qui exploitent l'énergie élastique stockée comme une catapulte pour lancer des membres à grande vitesse - pensez aux sauterelles bondissantes - risquent également de se déchirer si les membres ne sont pas parfaitement alignés. Et peu réussissent à exploiter une telle puissance dans les membres tout en étant capables de manipulations habiles. Cependant, les fourmis à mâchoires pièges ( Odontomachus brunneus ) gèrent les deux manœuvres, en plus de faire pleuvoir des coups à plusieurs reprises sans se blesser.

Intriguée par le paradoxe apparent, Sheila Patek, de l'Université Duke, aux États-Unis, avec des collègues d'institutions américaines et britanniques, a déclenché des fourmis à mâchoires pièges pour libérer leurs puissantes mandibules. Ils ont publié leur découverte dans le Journal of Experimental Biology que les fourmis poussent et tirent simultanément les mandibules en utilisant l'énergie stockée dans un tendon de la tête et leur exosquelette pour entraîner les mâchoires dans un arc d'auto-préservation parfait, leur permettant de se verrouiller et de se charger à plusieurs reprises sans se blesser.

Pour révéler le secret de la fourmi balistique pour éviter l'autodestruction, Chi-Yun Kuo (Duke University) a délicatement sécurisé les fourmis devant une caméra à haute vitesse filmant à 300 000 images/s pour capturer la manœuvre ultra-rapide alors que les insectes s'écrasaient. mandibules ensemble.

"Lorsque nous avons lu les vidéos au ralenti, leurs frappes étaient d'une précision spectaculaire", explique Patek. Immédiatement après la libération, les mandibules ont tourné dans un arc parfait sur les 65 premiers degrés lorsqu'elles se sont heurtées, atteignant une vitesse de rotation maximale de 470 000 tr/min, tandis que les pointes des structures de 1,38 mm de long ont traversé l'air à des vitesses moyennes de 54,4 m/s. , avant de commencer à décélérer et enfin de faire des va-et-vient à la fin d'une bouchée.

De plus, la tête s'est comprimée, se raccourcissant de 64 μm (3,2%) tout en étant comprimée vers l'intérieur de 41 μm (6%). "Nous avons réalisé que la tête entière se déformait pour stocker l'énergie potentielle élastique", explique Patek. Alors, comment les fourmis ont-elles utilisé cette énergie stockée pour fermer leurs pièces buccales à des vitesses aussi incroyables ?

En calculant la quantité d'énergie libérée lorsque les insectes ont libéré leurs mandibules fracassantes, l'équipe a découvert que l'énergie stockée lors de la déformation de l'exosquelette de la tête était suffisante pour entraîner les mandibules sur 33 degrés de rotation parfaite, tandis que l'énergie stockée dans le tendon élastique attachant la mandibule à l'énorme muscle adducteur à l'intérieur de la tête (comprenant 14 % de la masse corporelle de la fourmi) alimentait les 32 degrés restants.

Se demandant comment le muscle adducteur massif pouvait alimenter les trajectoires parfaitement circulaires des mandibules, Patek, Adam Summers (Université de Washington, États-Unis), Gregory Sutton (Université de Lincoln, Royaume-Uni) et Ryan St Pierre (Université de Buffalo, États-Unis), ont réalisé que le muscle pouvait simultanément étirer le tendon reliant le muscle à l'extrémité interne de la mandibule, tout en déformant l'exosquelette de la tête, stockant de l'énergie dans les deux structures tandis que la mandibule était verrouillée horizontalement en position, attendant d'être tirée.

Puis, dès que le loquet maintenant la mandibule en place a été relâché, l'énergie stockée dans le tendon élastique étiré a tiré l'extrémité interne de la mandibule vers l'arrière, tandis que l'exosquelette déformé a repris sa forme - poussant simultanément la mandibule vers l'avant - la balayant dans un arc parfait. Et lorsque St Pierre et Sutton ont testé la théorie, leur simulation informatique a reproduit la trajectoire de la mandibule de manière transparente.

Les fourmis à mâchoires pièges ont trouvé un mécanisme qui leur permet de coordonner les forces opposées entraînant la rotation parfaite de la mandibule, sans exercer de pression sur l'articulation fragile autour de laquelle la mandibule pivote pour éviter les dommages, quelle que soit la fréquence à laquelle la fourmi frappe. Patek soupçonne que d'autres créatures à ressort utilisent également la stratégie, et elle, Sarah Bergbreiter (Université Carnegie Mellon, États-Unis) et Suzanne Cox (Université Duke) suggèrent que la conception révolutionnaire pourrait être adoptée par les ingénieurs. "Les principes peuvent être intégrés à la microrobotique pour améliorer la multifonctionnalité, la précision et la longévité des systèmes ultrarapides", déclarent-ils.