Выявленные учеными алгоритмы поведения мух будут полезны в робототехнике
Исследование, которое помогло понять, как мухи находят по запаху источник пищи, когда нет ветра, для использования полученных знаний в том числе для обучения роботизированных систем находить утечки вредных химикатов, провели ученые Университета Невады в Рино, США, 26 июля сообщает пресс-служба университета.
Доцент университета Флорис ван Брейгель уточнил решаемую их исследованием задачу:
«В настоящее время у нас нет роботизированных систем для отслеживания запахов или химических выбросов. Мы не знаем, как эффективно находить источник химикатов, переносимых ветром. Но насекомые удивительно хорошо отслеживают химические сигналы, и если бы мы действительно поняли, как они это делают, возможно, мы могли бы обучить недорогие беспилотники использовать аналогичный процесс для поиска источника химикатов или утечек химикатов».
Чтобы решить эту проблему, ван Брейгель совместно с научным сотрудником Дэвидом Ступски применили новый подход, называемый оптогенетикой. Он позволил исследователям дистанционно управлять нейронами — в частности, «обонятельными» нейронами — на антеннах летающих плодовых мушек, генетически введя в них светочувствительные белки.
В ходе экспериментов ученые давали мушкам виртуальные обонятельные ощущения, помещая их в аэродинамическую трубу при разных ветровых условиях, чтобы узнать, как они находят запах, когда нет ветра, который бы его переносил? Результаты опытов авторы исследования представили в статье журнала Current Biology «Wind Gates Olfaction Driven Search States in Free Flight».
Как пояснил ван Брейгель, мухи используют сигналы окружающей среды для обнаружения воздушных потоков и определения направления ветра, чтобы найти источники пищи. При наличии ветра эти сигналы запускают автоматические рефлексивные действия «бросок и скачок» — после столкновения с химическим шлейфом (указывающим на пищу) муха устремляется навстречу ветру, а затем бросается из стороны в сторону, когда теряет запах.
Такое поведение «броска и скачка» давно известно науке, но, уточнил ван Брейгель, было непонятно, как насекомые ищут источник запаха в неподвижном воздухе. Исследование ван Брейгеля и Ступски открыло еще одно автоматическое поведение мух в этом случае — «снижение и круг», которое включает в себя снижение высоты и повторяющиеся быстрые повороты на 60° с частотой 3–4 Гц в одном направлении.
Мухи выполняют это врожденное движение последовательно и многократно, даже гораздо чаще, чем «бросок и скачок».
По словам ван Брейгеля, самым интересным моментом в этом открытии является то, что мухи в полете явно могут оценивать наличие ветра и его направление, прежде чем выбрать стратегию, которая будет работать в конкретных условиях.
Чтобы оценить эту имеющуюся у них возможность, исследователи посоветовали представить, сумеете ли вы определить, есть ли снаружи легкий ветерок, высунув голову из окна движущейся машины?
Мухи же не просто реагируют на запахи одним и тем же рефлекторным, запрограммированным поведением, как простой робот, но действуют в соответствии с ситуацией.
Выявленные алгоритмы поведения мух потенциально могут быть использованы для обучения ИИ чтобы получить более сложные алгоритмы для дронов, обнаруживающих запахи, чтобы находить источник утечек химикатов, считают исследователи.
