Examinând modul în care roiurile de animale răspund la amenințări

Examinând modul în care roiurile de animale răspund la amenințări

Credit: Unsplash / CC0 Public Domain

O turmă de antilope se hrănește liniștit pe o pajiște. Deodată, apare un leu, iar turma fuge. Dar cum reușesc ei să facă acest lucru în mod colectiv? Fizicianul din Konstanz Chun-Jen Chen și profesorul Clemens Bechinger, membru al Clusterului de Excelență „Centrul pentru Studiul Avansat al Comportamentului Colectiv”, s-au întrebat cum trebuie să se comporte animalele pentru a iniția un răspuns eficient de zbor. Într-un studiu care utilizează microroboți care acționează ca un grup de animale, cercetătorii demonstrează: Un roi de animale – luat în ansamblu – completează un răspuns optim de zbor, chiar dacă animalele individuale nu observă amenințarea sau reacţionează în mod greşit. Studiul a fost publicat pe 7 martie 2022 în Noul Jurnal de Fizică.

Un roi microrobotic

Punctul de plecare pentru munca cercetătorilor a fost să ia în considerare un grup de animale care se învârteau pașnic și ce s-ar întâmpla dacă s-ar confrunta brusc cu o situație periculoasă.

Pentru experimentele lor, cercetătorii au folosit un sistem de microroboți, care sunt formați din bile de sticlă care sunt programabile, active și răspândite fin într-o anumită zonă. Când margelele sunt aprinse folosind un fascicul laser focalizat, o parte a acestora se încălzește și le face să se miște, ca animalele. „Suntem capabili să țintăm fiecare mărgele individuală și să îi adaptăm mișcarea pentru a se potrivi cu cea a vecinilor săi”, explică Chen, care își finalizează doctoratul în echipa de cercetare a lui Bechinger și care a fost în principal responsabil pentru finalizarea experimentelor. „Roboții din roiul nostru sunt programați să evite coliziunile. De asemenea, au primit informația că urmau să-și orienteze mișcarea în funcție de locația aproximativă a mijlocului grupului. Cu ajutorul acestor reguli, roboții s-au organizat într-un vârtej”, iar Bechinger adaugă: „Roiul microrobotic reproduce surprinzător de bine mișcările roiurilor reale de animale”.

Comportamentul de zbor al microroboților

De îndată ce apare un prădător, microroboții își schimbă mișcările, spune Bechinger. Cu toate acestea, schimbarea direcției este doar minimă și nu face ca fiecare membru al roiului să se îndepărteze direct de prădător la un moment dat. Este izbitor, totuși, faptul că grupul în ansamblu se mișcă în linie dreaptă departe de prădător. Această ispravă în care indivizii se mișcă într-un mod care nu este ideal pentru fiecare dintre ei, dar în care grupul în ansamblu se comportă optim, se bazează pe un proces colectiv de luare a deciziilor sau „swarm intelligence” în care informațiile sunt în mod constant schimbate între diferite. membri ai unui grup”, afirmă Bechinger.

„O consecință directă a acestui comportament este că eficiența răspunsului de zbor rămâne practic neschimbată, chiar dacă jumătate dintre microroboți – sau animale – nu răspund la amenințare”, explică Chen. „Acest lucru arată că informațiile lipsă sau incomplete de la membrii individuali ai unui grup pot fi compensate de alți membri”. Fizicienii cred că acesta ar putea fi unul dintre motivele pentru care animalele se organizează în turme, chiar dacă turmele sunt mult mai ușor de observat de către prădători decât animalele individuale.






Credit: Universitatea din Konstanz

Comportamentul animalului relevant pentru alte aplicații

Pe lângă o mai bună înțelegere a bazei pentru luarea deciziilor în grupuri de animale, rezultatele cercetării sunt relevante și pentru aplicații în domeniul microroboticii. În prezent, se discută diferite scenarii în care mai mulți roboți autonomi îndeplinesc împreună o sarcină utilă și în care întreruperile comunicării între roboți ar cauza automat probleme. Cu cunoștințele acumulate în urma acestui studiu, un roi robotic ar putea funcționa bine chiar dacă, de exemplu, senzorii roboților individuali ar eșua. Bechinger adaugă: „Ceilalți microroboți i-ar compensa pur și simplu pe cei cu senzori sparți, oferind astfel de sisteme un nivel foarte ridicat de robustețe”.


Principiul fizicii explică ordinea și dezordinea roiurilor


Mai multe informatii:

Chun-Jen Chen și colab., Răspunsul colectiv al roiurilor microrobotice la amenințările externe, Noul Jurnal de Fizică (2022). DOI: 10.1088 / 1367-2630 / ac5374

Furnizat de
Universitatea din Konstanz

Citare:
Examinând modul în care roiurile de animale răspund la amenințări (2022, 8 martie)
preluat la 8 martie 2022
de la https://phys.org/news/2022-03-animal-swarms-threats.html

Acest document este supus dreptului de autor. În afară de orice tranzacție echitabilă în scopul studiului sau cercetării private, nr
parte poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este oferit doar în scop informativ.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.