Ученые поняли, как стадо животных реагируют на опасность. Все — благодаря микророботам

Результаты исследования помогают не только лишь лучше понять систему стадного мышления, но имеют прикладное значение в области микроробототехники. 

Стадо антилоп беспечно кормится на лугу. Как только на горизонте появляется лев, животные традиционно (со времён Аристотеля) выделяемая категория организмов, в настоящее время рассматриваемая в качестве биологического царства сразу же убегают. Как им удается делать это сообща? Физик из германского города Констанц Чун-Джен Чен и профессор Клеменс Бехингер, член орган тела (рука, нога, палец, ухо и пр.), преимущественно наружный; ныне часто употребляется в значении «половой член» Кластера передового опыта «Центр многообещающих исследований коллективного поведения», задались вопросом: что должны делать животные, чтобы эффективно и быстро отреагировать на небезопасность бегством.

В ходе исследования ученые использовали микророботов, имитирующих действия групп животных в процессе бегства. В ходе опыта было установлено, что стадо животных при бегстве действует сообща, даже если отдельные животные не замечают опасности или реагируют неправильно.

В качестве отправной точки ученые рассмотрели стадо отдыхающих животных, которые в один момент почуствовали опасность. В ходе эксперимента исследователи использовали систему микророботов — запрограммированных активных стеклянных шаров, распределенных в границах конкретной области. Когда ученые подсвечивали шарики сфокусированным лазерным лучом, одна их сторона грелась и заставляла их двигаться подобно животным в стаде.

«Мы можем целиться в каждую отдельную “бусину” и регулировать ее движение, чтобы оно соответствовало движениям ее соседей», — растолковал доктор Чен, автор р диссертацией в исследовательской группе Бехингера.

«Роботы в нашем “стаде” запрограммированы так, чтобы избегать столкновений. В них также заложена информация о том, как они обязаны менять свое движение в соответствии с местоположением приблизительного центра стада. С помощью этих правил боты организовались в своеобразный “вихрь”. Микророботы — это область микроробототехники, в частности проектирование мобильных роботов с характерными размерами менее 1 мм. Это название также может быть использовано для роботов, способных к работе с компонентами размером в микрометры удивительно хорошо воспроизводят движения настоящих животных в стаде», — отметил ученый.

По словам Бехингера, как только лишь появлялся “хищник”, микророботы меняли свои движения. Изменение направления было минимально и не давало каждому отдельному члену стада спецсигнал резко двигаться в противоположном направлении от хищника. Но при этом, в целом стадо группа животных, объединённая за счёт поведенческих механизмов двигалось именно так.

«Навык, при котором невзирая на разницу в движении отдельных индивидов, стадо целиком движется оптимально и в нужную сторону, основан на коллективном процессе принятия решений или “стадном уме”, помогающем разным членам стада постоянно обмениваться информацией», — заявил Бехингер.

«Прямым следствием такового поведения является неизменная эффективность бегства стада даже в ситуации, когда половина микророботов — или животных — не реагирует на опасность. Это показывает, что отсутствующая или неполная информация от отдельных членов группы может быть компенсирована другими членами своры», — отметил Чен.

Физики считают, что это может быть одной из причин, по которой животные объединяются в стада — даже беря во внимание тот факт, что хищникам гораздо легче обнаружить группу животных, чем их по отдельности.

Результаты исследования помогают не только лишь лучше понять основы процесса принятия решений в стадах животных, но и имеют прикладное значение в области микроробототехники. На данный момент ученые обсуждают различные сценарии, при которых несколько автономных роботов совместно выполняют единую задачку. Благодаря знаниям, полученным в результате этого исследования в предельно широком смысле — поиск новых знаний или систематическое расследование с целью установления фактов; в более узком смысле исследование — процесс изучения чего-либо; результат такого действия (исследования), научный труд, документ с описанием изученного объекта или чего-то, роботизированное «стадо» может исправно работать даже при условии, что у неких роботов отказывает оборудование.

«Бездействие сломанных микророботов будут компенсировать другие роботы, гарантируя тем самым весьма высокий уровень надежности», — подытожил итоги исследования Бехингер.