Musės plėšikiškos yra aerodinaminės akrobatikos, galinčios atpažinti savo grobį, išvengti kliūčių ir sugauti mažus vabzdžius dideliu greičiu skrydžio viduryje. Mokslininkai atidžiau pažvelgė į tai, kaip musės plėšikai įveikia šį nuostabų žygdarbį, nepaisant to, kad jų smegenys prilygsta vienam smėlio grūdeliui. pagal naujas popierius Leidinyje „Journal of Experimental Biology“ paskelbtos musės sujungia dvi skirtingas grįžtamuoju ryšiu pagrįsto judėjimo strategijas: vieną, kuri apima grobio perėmimą, kai scena yra aiški, ir kitą, leidžiančią musėms apeiti visas kliūtis jų skrydžio trajektorijoje.

Vienas iš robotų iššūkių yra sukurti robotus, kurie galėtų naršyti perpildytoje aplinkoje – tai žmonės ir kiti gyvūnai gali instinktyviai daryti kiekvieną dieną. Pasak autorių, daugelis robotizuotų sistemų remiasi tam tikru kelio planavimu: naudojant garsą (sonarus) arba lazerius signalams siųsti ir tada aptikti atspindžius. Tada šie duomenys gali būti naudojami kuriant vandenyno atstumo žemėlapį.

Tačiau, palyginti su paprastų vaizdinių užuominų (pvz., „interaktyvių maršrutų“) naudojimu, maršruto planavimas yra brangus energijos vartojimo būdas. Žmonėms ir kitiems gyvūnams nereikia detalių žemėlapių ar specifinių žinių apie taikinio vietą, greitį ir kitas detales. Tiesiog realiu laiku reaguojame į bet kokius atitinkamus dirgiklius mūsų aplinkoje. Taigi, navigacijos elgesio algoritmų, pagrįstų biologinėmis sistemomis, kūrimas yra labai svarbus robotikai.

Ankstesni tyrimai buvo skirti įvairių rūšių, įskaitant vaisines muses ir balandžius, taip pat žmonėms, gebėjimui susidoroti su perpildyta aplinka. „Tačiau šiais atvejais kliūčių vengimas buvo vienintelis tikslas“, – rašė autoriai. „Navigacija aplink kliūtį yra sunkesnė, kai konkreti vieta yra taikinys, nes kliūčių pašalinimas turi būti subalansuotas su navigaciniu tikslu.

Štai kodėl bioinžinierius Samuelis Fabianas iš Londono imperatoriškojo koledžo ir trys bendradarbiai iš Minesotos universiteto nusprendė atlikti savo eksperimentus, naudodami grobuonišką musę plėšiką (Holocephala fusca) kaip bandomasis asmuo. Musės plėšikai buvo pasirinktos dėl labai nuspėjamos perėmimo trajektorijos grobiui sugauti. Autoriai taip pat rašė, kad jo mažas dydis ir gana greitas elgesys (dauguma skrydžių trunka mažiau nei sekundę) „reikia greitos reakcijos su minimaliomis skaičiavimo pastangomis“.

Fabianas ir kt. Jis palygino musės vagių elgesį medžioklėje su sakalais, vanagais ir šiuolaikinėmis valdomomis raketomis. Dažniausiai musės vagis gaudo atsisėdusios ten, kur aiškiai matosi dangus. Kai musė plėšikas aptinka galimą grobį ir pradeda jį vytis, musė turi plaukti, kad sugautų grobį ir pakeliui išvengtų bet kokių kliūčių, pvz., užklydusių šakų.

Vagims muselėms buvo įteiktas judantis taikinys mažo sidabro spalvos atspindinčio karoliuko pavidalu, kuris buvo traukiamas per skaidrią meškerę su ritėmis ir žingsniniu varikliu. „Musės tikrai nežinojo, kad jos nėra tikras grobis, net kai buvo taip arti. Fabianas pasakė. „Jei daiktas yra pakankamai mažas, atrodo, kad jie paprastai mano, kad tai yra maistas.”

Rėmas taip pat turi kabliuką: acetato juostą, padengtą juodais akriliniais dažais, plona (2,5 cm) arba stora (5 cm) versija, kuri dedama tiesiai po taikinio takeliu. „Tiksli juostos padėtis ir pradinė musės trajektorija lemia, ar objektas netapo kliūtimi skrydžio trajektorijoje ir ar jis užstoja taikinį“, – rašė autoriai.

Tyrėjai užregistravo visus skrydžius lauko sąlygomis, kad gautų kuo natūralesnį elgesį. Tada jie skaitmeniniu būdu atkuria 26 vagies, kuris persekioja judantį karoliuką, skrydį, kai yra kliūtis. Manevruojanti viršutinė įranga linkusi sujaudinti muses, todėl tie 26 skrydžiai atspindi muses, kurios liko stovėti, kai įrenginys buvo pastatytas aplinkui, o ne skrenda.

Rezultatai: nesant kliūties, vagių musės visą savo artėjimą išlaikė tą patį rutuliuko matymo liniją, kad galėtų sugauti ir sugauti grobį. Kai plona arba stora juoda juosta trumpam (<0,1 sek.) iš dalies užstojo vaizdą, musės atlieka išsisukimo manevrus, kad apvažiuotų kliūtį, prieš grįždamos į savo trajektoriją perimti. Kartais musė nukrypsta reaguodama į juodą juostą net tada, kai juosta neužstoja jos matymo linijos. Ir kai tyrėjai užblokavo musių matymo liniją ilgiau nei 0,1 sekundės, musės visiškai atsisakys gaudymo.

Fabianas ir kiti. Jis padarė išvadą, kad musės plėšikai naudojo paprastą kliūčių vengimo strategiją kartu su standartine perėmimo strategija, kurią jie pavadino bendru maršrutu. „Kuo greičiau kliūtis augs jų regėjimo lauke, tuo toliau jie bus“, Fabianas pasakė. Musės grįžta į perėmimo kelią, kai tik minėta kliūtis pradeda trauktis iš akių. „Jie atkreipia dėmesį į savo aplinką net tada, kai yra susitelkę į taikinį.”

Autoriai rašė, kad tai „rodo, kad kliūčių vengimas gali būti paprastų grįžtamojo ryšio dėsnių, kuriems nereikia absoliučių žinių apie atstumą, tūrį ar greitį, rezultatas“, kaip ir ankstesniame darbe, rodančiame, kad paprasti grįžtamojo ryšio dėsniai taip pat gali paaiškinti musių perėmimo strategiją. . Tai tikrai pagrįsta ribotu lauko bandymų skaičiumi, todėl komanda tikisi atlikti daugiau bandymų ateityje.

DOI: Eksperimentinės biologijos žurnalas, 2022 m. 10.1242 / JP 243568 (Apie DOI).