Стадо антилоп беззаботно кормится на лугу. Как только на горизонте появляется лев, животные сразу же убегают. Как им удается делать это сообща? Физик из немецкого города Констанц Чун-Джен Чен и профессор Клеменс Бехингер, член Кластера передового опыта «Центр перспективных исследований коллективного поведения», задались вопросом: что должны делать животные, чтобы эффективно и быстро отреагировать на опасность бегством.
В ходе исследования ученые использовали микророботов, имитирующих действия групп животных в процессе бегства. В результате эксперимента было установлено, что стадо животных при возникновении опасности действует сообща, даже если отдельные животные не замечают угрозы или реагируют неправильно.
В качестве отправной точки ученые рассмотрели стадо отдыхающих животных, которые внезапно почуствовали опасность. В ходе эксперимента исследователи использовали систему микророботов — запрограммированных активных стеклянных шаров, распределенных в пределах конкретной области. Когда ученые подсвечивали шарики сфокусированным лазерным лучом, одна их сторона нагревалась 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», — объяснил доктор Чен, автор диссертации в исследовательской группе Бехингера.
«Роботы в нашем “стаде” запрограммированы так, чтобы избегать столкновений. В них также заложена информация о том, как они должны менять свое движение в соответствии с местоположением приблизительного центра стада. С помощью этих правил роботы организовались в своеобразный “вихрь”. Микророботы удивительно хорошо воспроизводят движения настоящих животных в стаде», — отметил ученый.
По словам Бехингера, как только появлялся “хищник”, микророботы меняли свои движения. Изменение направления было минимально и не давало каждому отдельному члену стада сигнал резко двигаться в противоположном направлении от хищника. Но при этом, в целом стадо двигалось именно так.
«Навык, при котором несмотря на разницу в движении отдельных индивидов, стадо целиком движется оптимально и в нужную сторону, основан на коллективном процессе принятия решений или “стадном интеллекте”, помогающем разным членам стада постоянно обмениваться информацией», — заявил Бехингер.
«Прямым следствием такого поведения является неизменная эффективность бегства стада даже в ситуации, когда половина микророботов — или животных — не реагирует на угрозу. Это показывает, что отсутствующая или неполная информация от отдельных членов группы может быть компенсирована другими членами стаи», — отметил Чен.
Физики считают, что это может быть одной из причин, по которой животные объединяются в стада — даже учитывая тот факт, что хищникам гораздо легче обнаружить группу животных, чем их по отдельности.
Результаты исследования помогают не только лучше понять основы процесса принятия решений в стадах животных, но и имеют прикладное значение в области микроробототехники. Сейчас ученые обсуждают различные сценарии, при которых несколько автономных роботов совместно выполняют единую задачу. Благодаря знаниям, полученным в результате этого исследования, роботизированное «стадо» может исправно работать даже при условии, что у некоторых роботов отказывает оборудование.
«Бездействие сломанных микророботов будут компенсировать другие роботы, гарантируя тем самым очень высокий уровень надежности», — подытожил итоги исследования Бехингер.
Читать далее
Самое большое генеалогическое древо человечества показало историю нашего вида
Почему Ганимед — самый странный спутник и есть ли на нем жизнь