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
Вирус герпеса перестраивает геном человека, но есть способ его остановить
Наука
Разработаны роботы размером с игрушечную машинку для ремонта водопроводных труб
Новости
В Самаре запустили первый в России дата-центр, объединяющий майнинг и ИИ
Новости
Болезнь Паркинсона на ранней стадии определят по ушной сере
Наука
BI-стратегия компании: что она дает и как ее создать
Мнения
В Мариинке показали оперу, которую дописал искусственный интеллект
Новости
Открыт нейронный путь, который приводит к бессонице после перенесенного стресса
Наука
Китайский маглев установил рекорд: разогнался до 650 км/ч за семь секунд
Новости
Австралийские бабочки используют звезды для навигации в пространстве
Наука
Древний череп из Китая впервые позволил понять, как выглядели денисовцы
Наука
Открыта загадочная связь между уровнем кислорода и магнитным полем Земли
Космос
Альтернатива сжиганию: разработана технология переработки угля в высокотехнологичное сырье
Наука
Ракета Starship Илона Маска взорвалась на площадке при подготовке к испытаниям
Космос
TECNO MEGABOOK K15S: универсальный ноутбук для тех, кто работает, создает и отдыхает
Кейсы
Два китайских спутника встретились на орбите Земли
Космос
В Москве пройдет второй Международный технологический конгресс МТК-2025
Новости
Из перовскита создали датчик изображения, который улавливает в три раза больше света
Новости
ИИ научили предсказывать риск провала технологических новинок
Новости
Разработан нанопластырь с микроиглами, который может заменить биопсию
Наука
В глубинах Тихого океана обнаружили пауков, питающихся бактериями
Наука