ИИ и роботы раскрыли загадочную механику полета насекомых

Исследователи раскрыли тайну одной из самых сложных биомеханических систем.

Исследователи из Калифорнийского технологического института использовали искусственный интеллект и робототехнику, чтобы пролить свет на одну из самых сложных структур скелета в животном мире: шарнир крыльев насекомых. Визуализация движений и моделирование показало, как мышцы мух управляют движением крыла для выполнения сложных аэродинамических маневров.

Шарнир крыла мухи содержит 12 управляющих мышц, к каждой из которых подключено по одному двигательному нейрону. Для сравнения — движениями крыльев колибри, которые обладают той же маневренностью, что и мухи, управляют тысячи мотонейронов.

Моделирование полета насекомых

Ученые генетически модифицировали фруктовую дрозофилу (Drosophila melanogaster) так, чтобы мышцы, контролирующие шарнир крыла, при активации светились флуоресцентным светом. Модифицированных мух поместили в камеру с тремя высокоскоростными камерами, снимающими до 15 000 кадров в секунду для измерения движения крыльев, и микроскопом для обнаружения флуоресцентной активации шарнирных мышц крыльев мухи.

Собрав данные о более 80 000 взмахов крыльев, ученые использовали машинное обучение для создания карты того, как 12 крошечных мышц действуют вместе, чтобы точно регулировать движение крыльев. Предыдущие компьютерные модели просто описывали модель движения крыльев. Новая модель, напротив, учитывает, как управляющие мышцы изменяют механику шарнира, вызывая движение крыла.

Исследование движений крыла фруктовых мух

Воспроизводя модели движения крыльев на динамически масштабируемой роботизированной мухе, ученые оценили влияние активности мышц на аэродинамические силы. Используя ИИ для управления роботизированными насекомыми, исследователи добились полета удивительно похожего на маневры живых мух.

За всю историю жизни на Земле полет развивался четыре раза: у птиц, летучих мышей, птерозавров и насекомых. У первых трех групп животных крылья сформировались из рук. Их механика понятна, поскольку другие подобные животные имеют аналогичные кости и мускулатуру. Но крылья насекомых лишены мышц и нервов и приводятся в действие сложным механизмом у основания крыла.

Ученые планируют создать детальную, основанную на физике модель, которая объединит биомеханику шарнира с аэродинамикой крыльев и лежащими в их основе нейронными цепями в мозгу мухи. Конечная цель — понять нейробиологическую связь между мозгом мухи и движением ее крыльев.

Мы хотим понять взаимосвязь между биомеханикой и нейробиологией. Всего несколько раз в эволюции животное имело одну очень успешную форму передвижения — ходьбу — и просто добавляло еще одну — полет. Это означает, что мозг насекомых должен иметь все схемы для регулирования совершенно разных способов передвижения.

Майкл Дикинсон, профессор биоинженерии и аэронавтики из Калифорнийского технологического института

Читать далее:

Биологи зафиксировали эволюцию, которая происходит раз в миллиард лет: слияние двух форм жизни

Физики предложили радикальную идею построения Вселенной: оказалось, она «рабочая»

Золото вытянули в блин толщиной в атом с помощью технологии японских кузнецов

На обложке: полет мух. Изображение: Dickinson Lab, Caltech

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Больше миллиона Гбит в секунду: японцы побили рекорд скорости передачи данных по оптоволокну
Новости
Хаос во благо: физики создали новый инструмент для квантового мира
Наука
Hugging Face выпустила недорогих человекоподобных роботов с открытым кодом
Новости
Китайский аккумулятор для электромобиля выдержал наезд 36-тонного танка
Новости
Воспитанники детских домов изучат основы работы с нейросетями
Новости
Четвероногий робот из Цюриха научился играть в бадминтон с людьми
Новости
В MIT раскрыли механизм набора веса из-за жирной пищи и как обратить его вспять
Наука
60 000 лет рядом: ученые выяснили, кто стал первым паразитом человека
Наука
Ректора Университета Иннополис избрали членом-корреспондентом РАН
Иннополис
В Корее робопса научили паркуру и бегу по стенам: посмотрите, что он может
Новости
Древний череп «человека-муравья» нашли в Аргентине
Наука
На селфи марсохода попал неожиданный объект: его заметили не сразу
Космос
Посмотрите на двух морских коньков, которых застукали за «поцелуем» в океане
Наука
Почти 10 000 роутеров Asus тайно заразили: как проверить свой и защититься
Новости
Ракета будет доставлять товары с AliExpress за час по всему миру: ее испытали в Китае
Новости
В России пригрозили «душить» иностранные сервисы: кто в опасности
Новости
Boston Dynamics усовершенствовала систему восприятия гуманоидного робота Atlas
Новости
Наклейка на лоб анализирует мозговые волны и предсказывает переутомление
Наука
Посмотрите на робота-трансформера, который меняет форму прямо в полете
Новости
Китай отправил миссию за образцами горных пород с квазиспутника Земли
Космос