Чему могут научиться автономные транспортные средства из поведения птиц в полете?

По мере того, как мы движемся к будущему, где сети машин и беспилотников занимают наши дороги и воздушное пространство, исследователи наблюдают за групповым поведением животных в дикой природе.

Инженеры и ученые предвидят будущее, в котором автономные транспортные средства и беспилотники будут перемещаться по автомагистралям и небу с той же непринужденностью, которую мы наблюдаем сегодня в движениях и миграциях птиц, рыб и млекопитающих.

Сардины плавают в энергичном водовороте. Ропот скворцов в вечернем небе. Природа предоставляет множество примеров скоплений животных, которые каким-то образом координируют свои движения без явного лидера, командующего ими.

Исследование поведения животных

«Животные любого размера, от насекомых до китов, демонстрируют такое коллективное поведение», - говорит Николас Уэлье, физик и доцент кафедры гражданского и экологического проектирования в Стэнфорде. «Моя лаборатория пытается понять, как они это делают». Его цель - создать теоретическую основу для технологий , которые могли бы когда-нибудь позволить автономным транспортным средствам двигаться так же легко, как существам в дикой природе.

Используя сложные многокамерные видеоизображения, он может точно измерить и отследить поведение каждой особи в группе, как он делал это в предыдущем исследовании с насекомыми. По этим многочисленным изображениям Уэльт может реконструировать поведение роя или стада. Он может даже подсчитать количество ударов крыльев отдельных птиц, чтобы определить, сколько энергии затрачивается каждой из них.

Теперь, в статье, опубликованной в журнале NatureEcologyandEvolution, Уэллет и Алекс Торнтон, эколог из Университета Эксетера в Англии, описывают свое совместное открытие, что спаренные пары птиц лояльны, прежде всего, друг другу, а не к группе в целом, и что это связанное поведение в полете имеет значение для схемы полета всех птиц в группе. Иными словами, пернатые птицы не совсем сходятся вместе.

Особенности поведения птиц

Вывод побуждает к переоценке давних предположений о групповом поведении, которые могут иметь значение для таких областей, как автономная робототехника и автомобили. Уэльет призывает обратить внимание на людей, которые идут в пешеходном потоке на многолюдном тротуаре. Мы действуем иначе, когда идем с близким другом, в отличие от тех ситуаций, когда мы одни. Уэльетт и Торнтон сделали это открытие, изучая стаи галок, седовласого английского кузена вороны.

Галки спариваются на всю жизнь, и измерения команды показывают, что пары летят тандемом внутри стада. Также оказывается, что парные птицы бьют своими крыльями реже, чем птицы без пары. То есть для полета в паре нужно меньше энергии, если обращать внимание только на своего партнера, а не на многих других птиц в стае. Итак, отстраняясьот других птиц, с которыми они взаимодействуют, спаренные птицы сохраняют энергию, объясняет Уэльетт.

«Они получают выгоду от того, что находятся в группе, но используют меньше энергии для этого», - говорит Уэльет, - «Это огромное преимущество на индивидуальном уровне». Однако такое поведение не совсем хорошо для группы. В то время как спаренные пары летают более эффективно, в основном обращая внимание на своих партнеров, это ограниченное внимание фактически делает группу менее подвижной и, следовательно, более восприимчивой к нападению хищников.

Уэльет говорит, что ученым и инженерам, которые планируют будущее автономных транспортных средств на основе традиционного понимания группового поведения, которое предполагает, что стадо или рой движутся как однородная единица, заставляет нас снова возвращаться к старым чертежам. Например, если исследователи ожидают, что группа автономных машин будет работать вместе, то что, если некоторые машины будут созданы разными производителями и запрограммированы в соответствии с немного другими настройками.

Будут ли машины, изготовленные одним и тем же производителем, вести себя как спаренные пары галок? Уэльет говорит, что его исследования одного вида в изоляции дали значительную проницательность.

Но он хочет изучать стаи птиц, которые состоят из более чем одного вида. Транспортные средства или беспилотники, созданные разными изготовителями или для разных целей, должны будут взаимодействовать на одной и той же дороге или в воздушном пространстве. Незначительные различия или сходства в поведении этих подразделений в амальгаме могут повлиять на коллективное поведение. «Вы не всегда будете обращаться с ними как с идентичными личностями», - говорит Оуэллта.