Мухи-ктирі - справжні літаючі акробати, здатні помічати свій видобуток, ухилятися від перешкод і ловити дрібніших комах у польоті на високій швидкості. Вчені давно цікавляться, як вони справляються з цим, незважаючи на те, що їхній мозок розміром з піщинку.
Згідно з новою статтею, опублікованою в «Журналі експериментальної біології», мухи-ктирі поєднують у собі дві різні стратегії навігації, що ґрунтуються на зворотному зв'язку: одна включає перехоплення видобутку, коли огляд ясний, а інша дозволяє мухам оминати будь-які перешкоди в польоті.
Однією з проблем робототехніки є створення роботів, здатних переміщатися в середовищі з багатьма перешкодами — те, що люди та тварини інстинктивно роблять щодня. За словами авторів, багато роботизованих систем покладаються на методику планування шляху: за допомогою звуку (сонара) або лазерів, вони відправляють сигнали, а потім фіксують відображення. Потім за цими даними будується картка перешкод.
Однак такий підхід є вкрай енерговитратним. Людям і тваринам не потрібні складні карти або спеціальні методики для розуміння розташування об'єкта, його розмірів, швидкості та інших деталей. Ми просто реагуємо на будь-які відповідні подразники у нашому оточенні у режимі реального часу. Таким чином, розробка навігаційних поведінкових алгоритмів на основі біологічних систем становить великий інтерес для робототехніків.
Попередні дослідження були зосереджені на можливості різних видів, включаючи плодових мушок і голубів, долати захаращену територію. "Однак у цих випадках єдиною метою було ухилення від перешкод", - пишуть автори. «Навігація навколо перешкод складніша, коли конкретне місце виступає як мета, тому що ухилення від перешкод має бути врівноважене навігаційною метою».
Ось чому біоінженер Семюел Фабіан з Імперського коледжу в Лондоні і троє співробітників з Університету Міннесоти вирішили провести свої власні експерименти, використовуючи як піддослідний один із видів хижої мухи Holocephala fusca. Цей вид був обраний через дуже передбачувану траєкторію перехоплення видобутку. Крім того, його невеликий розмір і швидкий рух (більшість польотів тривають менше секунди) вимагають швидкої реакції з мінімальними обчислювальними витратами.
Мисливська поведінка мухи-ктиру схожа на поведінку соколів, яструбів і тактику застосування сучасних керованих ракет. Ктирі зазвичай полюють, сідаючи десь, звідки їм добре видно небо. Як тільки муха помічає потенційний видобуток і починає переслідування, муха повинна орієнтуватися, щоб перехопити видобуток та уникнути будь-яких перешкод на шляху, таких як, наприклад, гілки.
Мухам давали мішень, що рухається, у вигляді маленької світловідбиваючої намистини сріблястого кольору, яку тягли по прозорій волосіні. "Мухи справді не розуміли, що це не справжній видобуток, навіть перебуваючи дуже близько", - сказав Фабіан. "Якщо це було щось досить маленьке, вони зазвичай сприймають це за їжу".
На рамі також була перешкода: смужка з ацетату, пофарбована чорною акриловою фарбою, тонка (2,5 см) або товста (5 см), розташована трохи нижче від шляху мішені. Точне розміщення смужки та початкова траєкторія мухи визначали, чи об'єкт став перешкодою на траєкторії польоту і чи заступив він ціль.
Дослідники записали всі польоти мух у польових умовах, щоб отримати максимально природну поведінку. Потім вони відтворили в цифровому вигляді 26 польотів мух-ктирів, що переслідують бус, що рухається, за наявності перешкоди. Результати виявилися такими.
За відсутності перешкод мухи зберігали ту саму траєкторію протягом усього свого польоту, щоб перехопити і зловити намистину. Коли тонка або товста чорна смуга частково закривала їх огляд на короткі періоди (менше 0,1 секунди), мухи робили маневри ухилення, щоб уникнути перешкоди, перш ніж повернутися на курс перехоплення. Іноді муха відхилялася убік, реагуючи на чорну смугу, навіть якщо смуга не закривала їхньої прямої видимості. І коли дослідники закривали лінію огляду мух більш ніж 0,1 секунди, мухи повністю відмовлялися від перехоплення.
bbabo.Net