De meeste mieren grijpen en knippen hun voedsel behendig met een paar eetstokjesachtige kaken. Maar valkaakmieren zijn ook in staat om hun kaken met razendsnelle snelheden tegen elkaar te laten botsen en slachtoffers te raken in 0,77 s. Toch vormt het ontketenen van dergelijke ballistische klappen een risico. Dieren die opgeslagen elastische energie gebruiken als een katapult om ledematen met grote snelheid te slingeren - denk aan springende sprinkhanen - lopen ook het gevaar zichzelf uit elkaar te scheuren als de ledematen niet perfect zijn uitgelijnd. En weinigen slagen erin om zo'n kracht in ledematen te benutten terwijl ze in staat zijn tot behendige manipulatie. Echter, valkaakmieren (Odontomachus brunneus) beheren beide manoeuvres, naast het herhaaldelijk regenen van slagen zonder zichzelf te beschadigen.

Verbaasd over de schijnbare paradox, triggerde Sheila Patek, van Duke University, VS, met collega's van Amerikaanse en Britse instellingen valkaakmieren om hun krachtige kaken te ontketenen. Ze publiceerden hun ontdekking in het Journal of Experimental Biology dat de mieren tegelijkertijd de kaken duwen en trekken met behulp van energie die is opgeslagen in een hoofdpees en hun exoskelet om de kaken in een perfecte zelfbehoudende boog te drijven, waardoor ze herhaaldelijk kunnen vergrendelen en laden zonder schade aan te richten.

Om het geheim van de ballistische mier te onthullen om zelfvernietiging te vermijden, zette Chi-Yun Kuo (Duke University) mieren voorzichtig vast voor een hogesnelheidscamera die filmde met 300.000 frames/s om de bliksemsnelle manoeuvre vast te leggen toen de insecten hun onderkaken samen.

"Toen we de video's in slow motion afspeelden, waren hun aanvallen spectaculair nauwkeurig", zegt Patek. Onmiddellijk na het loslaten roteerden de onderkaken in een perfecte boog over de eerste 65 graden terwijl ze tegen elkaar botsten, en bereikten een toprotatiesnelheid van 470.000 tpm, terwijl de uiteinden van de 1,38 mm lange structuren door de lucht sneden met snelheden van gemiddeld 54,4 m/s , voordat hij begint te vertragen en uiteindelijk heen en weer dobbert aan het einde van een hap.

Bovendien werd de kop gecomprimeerd, verkort met 64 m (3,2%) terwijl hij naar binnen werd geperst met 41 m (6%). "We realiseerden ons dat het hele hoofd vervormde om elastische potentiële energie op te slaan", zegt Patek. Dus hoe gebruikten de mieren deze opgeslagen energie om hun monddelen met zulke ongelooflijke snelheden te sluiten?

Door de hoeveelheid energie te berekenen die vrijkwam toen de insecten hun verpletterende onderkaken loslieten, ontdekte het team dat de energie die was opgeslagen toen het exoskelet van het hoofd vervormd was, voldoende was om de onderkaken door 33 graden perfecte rotatie te drijven, terwijl de energie opgeslagen in de veerkrachtige pees waarmee de onderkaak aan de enorme adductoren in het hoofd (bestaande uit 14% van de lichaamsmassa van de mier) voedde de resterende 32 graden.

Patek, Adam Summers (Universiteit van Washington, V.S.), Gregory Sutton (Universiteit van Lincoln, V.K.) en Ryan St Pierre (Universiteit van Buffalo, V.S.), vroegen zich af hoe de massieve adductoren de perfect cirkelvormige banen van de onderkaken zouden kunnen aandrijven. de spier kan tegelijkertijd de pees strekken die de spier verbindt met het interne uiteinde van de onderkaak, terwijl ook het exoskelet van het hoofd wordt vervormd, waarbij energie wordt opgeslagen in beide structuren terwijl de onderkaak horizontaal in positie werd vergrendeld, wachtend om te worden afgevuurd.

Toen de grendel die de onderkaak op zijn plaats hield werd losgelaten, trok de energie die was opgeslagen in de uitgerekte veerkrachtige pees het binnenste uiteinde van de onderkaak naar achteren, terwijl het vervormde exoskelet weer in vorm kwam - tegelijkertijd de onderkaak naar voren duwde - en het naar binnen schoof. een perfecte boog. En toen St Pierre en Sutton de theorie testten, reproduceerde hun computersimulatie naadloos het traject van de onderkaak.

Valkaakmieren hebben een mechanisme gevonden waarmee ze de tegengestelde krachten kunnen coördineren die de perfecte onderkaakrotatie aandrijven, zonder het kwetsbare gewricht te belasten waar de onderkaak omheen draait om schade te voorkomen, ongeacht hoe vaak de mier toeslaat. Patek vermoedt dat andere veerbelaste wezens de strategie ook gebruiken, en zij, Sarah Bergbreiter (Carnegie Mellon University, VS) en Suzanne Cox (Duke University) suggereren dat het revolutionaire ontwerp door ingenieurs zou kunnen worden omarmd. "De principes kunnen worden opgenomen in microrobotica om de multifunctionaliteit, precisie en levensduur van ultrasnelle systemen te verbeteren", zeggen ze.