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
Астрономы сфотографировали «детство Вселенной» до появления галактик
Космос
Прощальные кадры: лунный модуль сфотографировал закат на Луне
Наука
Гены загадочных предков людей повлияли на работу мозга, показало исследование
Наука
В Петербурге открыли лабораторию для создания компьютеров, которые имитируют работу мозга
Наука
Телескоп «Евклид» показал 26 млн галактик: опубликованы первые результаты миссии
Космос
Крошечных морских животных увеличили в пять раз, чтобы рассмотреть их клетки
Наука
В Сеченовском Университете появится «умная» операционная 
Новости
Операторы связи начали заменять китайское оборудование на российское
Новости
В России хотят обязать использование отечественных процессоров для ИИ
Новости
Посмотрите на первого робота-гуманоида Nvidia в действии
Новости
Образцы с обратной стороны Луны показали, какой она была в прошлом
Космос
Морские интернет-кабели научились «прослушивать» на предмет саботажа
Новости
Нового рекорда на термоядерном синтезе добились в России
Наука
Российские ученые разработали материалы для памяти будущего  
Наука
Выяснилось, какие мутации ДНК ускоряют старение  
Наука
«Суперджет» с российскими двигателями ПД-8 впервые поднялся в воздух
Новости
Светочувствительные нановолокна ускорили рост нейронов  
Наука
ChatGPT может «заболеть» тревожностью и депрессией, но есть способ его «успокоить»  
Новости
Москва сократила выбросы углерода на 190 000 тонн благодаря электробусам  
Новости
Игуаны совершили рекордное путешествие миллионы лет назад: они проплыли по океану 8 000 км
Наука