Muchy Qtyr są prawdziwymi latającymi akrobatami, potrafiącymi dostrzec swoją ofiarę, omijać przeszkody i łapać mniejsze owady w locie z dużą prędkością. Naukowcy od dawna zastanawiali się, jak sobie z tym radzą, mimo że ich mózg jest wielkości ziarnka piasku.

Według nowego artykułu opublikowanego w Journal of Experimental Biology, muchy kytyr łączą dwie różne strategie nawigacji oparte na informacjach zwrotnych: jedna polega na przechwytywaniu zdobyczy, gdy widok jest wyraźny, a druga pozwala muchom omijać wszelkie przeszkody w locie.

Jednym z wyzwań robotyki jest stworzenie robotów, które mogą poruszać się w środowiskach z wieloma przeszkodami - coś, co ludzie i zwierzęta robią instynktownie każdego dnia. Według autorów wiele systemów robotycznych opiera się na technikach planowania ścieżki: za pomocą dźwięku (sonar) lub laserów wysyłają sygnały, a następnie wychwytują odbicia. Następnie na podstawie tych danych budowana jest mapa przeszkód.

Jednak takie podejście jest niezwykle energochłonne. Ludzie i zwierzęta nie potrzebują skomplikowanych map ani specjalnych technik, aby zrozumieć położenie obiektu, jego rozmiar, prędkość i inne szczegóły. Po prostu reagujemy na wszelkie istotne bodźce w naszym otoczeniu w czasie rzeczywistym. Dlatego rozwój nawigacyjnych algorytmów behawioralnych opartych na systemach biologicznych jest bardzo interesujący dla robotyków.

Wcześniejsze badania koncentrowały się na zdolności różnych gatunków, w tym muszek owocowych i gołębi, do poruszania się po zagraconych obszarach. „Jednak w tych przypadkach jedynym celem było uniknięcie przeszkód” – piszą autorzy. „Nawigacja wokół przeszkód jest trudniejsza, gdy celem jest określona lokalizacja, ponieważ unikanie przeszkód musi być zrównoważone z celem nawigacji”.

Dlatego bioinżynier Samuel Fabian z Imperial College London i trzech współpracowników z University of Minnesota postanowili przeprowadzić własne eksperymenty z wykorzystaniem gatunku drapieżnej muchy, Holocephala fusca, jako obiektu testowego. Gatunek ten został wybrany ze względu na bardzo przewidywalną trajektorię przechwytywania ofiary. Ponadto jego mały rozmiar i szybki ruch (większość lotów trwa krócej niż sekundę) wyraźnie wymagają szybkiej reakcji przy minimalnym obciążeniu obliczeniowym.

Zachowanie łowieckie muchy ktyr jest podobne do zachowania sokoła, jastrzębia i taktyki używania nowoczesnych pocisków kierowanych. Ktyrowie zazwyczaj polują, siedząc gdzieś, skąd mają dobry widok na niebo. Gdy mucha dostrzeże potencjalną zdobycz i zacznie gonić, musi nawigować, aby przechwycić zdobycz i uniknąć wszelkich przeszkód na swojej drodze, takich jak gałęzie.

Muchy otrzymały ruchomy cel w postaci małego odblaskowego srebrnego koralika, który był ciągnięty wzdłuż przezroczystej żyłki wędkarskiej. „Muchy tak naprawdę nie zdawały sobie sprawy, że to nie była prawdziwa zdobycz, nawet gdy były bardzo blisko” – powiedział Fabian. „Jeśli to było coś wystarczająco małego, zwykle mylą to z jedzeniem”.

Na ramie znajdowała się też przeszkoda: pasek z octanu, pomalowany czarną farbą akrylową, cienki (2,5 cm) lub gruby (5 cm), znajdujący się tuż pod ścieżką celu. Precyzyjne umieszczenie paska i początkowa trajektoria lotu decydowały o tym, czy obiekt stał się przeszkodą na torze lotu i przesłonił cel.

Naukowcy zarejestrowali wszystkie loty much w terenie, aby uzyskać jak najbardziej naturalne zachowanie. Następnie odtworzyli cyfrowo 26 lotów cygańskich much goniących poruszający się koralik w obecności przeszkody. Wyniki były następujące.

W przypadku braku przeszkód muchy utrzymywały tę samą trajektorię przez cały lot, aby przechwycić i złapać koralik. Kiedy cienki lub gruby czarny pasek częściowo zasłaniał im widok na krótkie okresy (mniej niż 0,1 sekundy), muchy wykonywały manewry omijania, aby ominąć przeszkodę przed powrotem na kurs przechwytujący. Czasami mucha skręcała w bok, reagując na czarny pasek, nawet jeśli pasek nie blokował ich pola widzenia. A kiedy naukowcy zamknęli linię wzroku much na dłużej niż 0,1 sekundy, muchy całkowicie odmówiły przechwycenia.

Fabian i wsp. doszli do wniosku, że muchy qtyr stosowały prostą strategię unikania przeszkód w połączeniu ze standardową strategią przechwytywania, którą nazwali połączonym naprowadzaniem. Im szybciej przeszkoda powiększała się w ich polu widzenia, tym szybciej ją unikali. Muchy wróciły na trajektorię przechwycenia, gdy tylko wskazana przeszkoda zniknęła z pola widzenia. Zwracali uwagę na otoczenie, nawet gdy byli skupieni na celu.

bbabo.Net