Untuk mengetahuinya, para ilmuwan mengumpulkan data pencitraan dari 10 sarang yang memiliki cacat yang disengaja pada sarang lebah mereka, yang dibuat oleh lebah pada kerangka heksagonal.
Sarang lebah yang terbuat dari lilin lebah yang dibangun oleh lebah yang tak terhitung jumlahnya sangat penting bagi keberadaan sebuah koloni. Selain itu, karena lilin lebah sangat mahal, mereka perlu mengurangi rasio lilin lebah dengan penyimpanan di sarang lebah – lebah harus mengonsumsi sekitar empat kilo madu untuk mengeluarkan kurang dari setengah kilo lilin lebah. Tesselasi alami dari segi enam sarang lebah mengurangi panjang perbatasan per unit kapasitas penyimpanan. Namun, ketika lebah membangun sarangnya di lubang pohon yang sudah ada, mereka harus mencampurkan sel dengan berbagai ukuran dan bentuk karena keterbatasan geometris, menghasilkan segi enam yang tidak beraturan dan cacat topologi pada sarang lebah.
Mekanisme yang mengatur pembentukan sarang lebah dengan kendala geometrik masih belum diketahui.
Golnar Gharooni Fard, seorang mahasiswa doktoral di University of Colorado Boulder, mempelajari bagaimana lebah beradaptasi dengan lingkungan alam ini, di bawah pengawasan ahli biofisika Orit Peleg dan insinyur luar angkasa Francisco López Jiménez.
Gharooni Fard menggunakan pencetakan tiga dimensi untuk membuat kerangka kerja eksperimental yang secara tepat mengontrol sumber frustrasi geometris yang diterapkan pada kisi heksagonal (sudut kemiringan (A) dan offset (L dan h) pada sumbu horizontal dan vertikal), seperti yang ditunjukkan pada yang pertama gambar di bawah ini. Ini dilakukan untuk meniru kendala geometris. Ini telah menambahkan kendala hanya untuk elemen kerangka yang didefinisikan dengan jelas.
Geometri bingkai ini mencegah lebah memperluas fondasi heksagonal untuk mengisi kekosongan.
Setelah serangkaian percobaan pada 10 sarang, para peneliti mengukur strategi lebah untuk mengatasi ketidakcocokan di bidang kandang mereka. Gharooni Fard dan rekannya menggunakan teknik visi komputer untuk mengidentifikasi sel-sel sarang lebah individual, setelah mengambil gambar bingkai yang telah dibangun sepenuhnya. Dengan gambar-gambar ini, mereka merekonstruksi struktur sisir, mengungkap ketidakteraturan bentuk sel yang dibangun di dalam rongga, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Terinspirasi oleh kesamaan antara batas butir dalam sisir yang direkonstruksi dan yang ada di graphene, para peneliti mengembangkan algoritma berbasis kristalografi untuk menempatkan pusat sel dalam kisi di lokasi yang meminimalkan beberapa variasi potensi Lennard-Jones.
Para peneliti menciptakan pendekatan berbasis kristalografi untuk menemukan pusat sel pada titik-titik di dalam kisi yang meminimalkan potensi Lennard-Jones tertentu. Algoritma ini dikembangkan berdasarkan kesamaan antara batas butir pada sisir yang direkonstruksi dan batas butir pada graphene.
Hasil eksperimen peneliti dan prediksi model menunjukkan kesepakatan kuantitatif. Misalnya, cacat topologi (sel dengan lebih atau kurang dari enam tetangga) disebabkan oleh serangkaian kendala geometris, dan para peneliti menemukan korelasi yang signifikan antara kepadatan cacat dan sudut kemiringan dua kisi heksagonal. Tidak mengherankan, kesalahan jarang terjadi ketika tidak ada kemiringan di antara kandang, dan lebah secara teratur membangun segi enam biasa untuk menghubungkannya.
Konsistensi antara eksperimen dan simulasi juga telah menunjukkan nilai penggunaan alat kristalografi untuk memahami struktur bola sarang lebah yang dihasilkan dari interaksi lokal antara sel dan lingkungannya.
Sumber: physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20221201a/
Günceleme: 02/12/2022 21:57
Jadilah yang pertama mengomentari