Musca banditului este un acrobat aerodinamic care își poate prinde prada în mijlocul zborului

Muștele tâlharii sunt acrobații aerodinamice, capabile să-și identifice prada, să evite obstacolele și să captureze insecte mici la viteză mare în timpul zborului. Oamenii de știință au aruncat o privire mai atentă asupra modului în care muștele tâlharii reușesc această performanță uimitoare, în ciuda faptului că au creierul egal cu un grăunte de nisip. conform hârtie nouă Publicate în Journal of Experimental Biology, muștele combină două strategii distincte pentru locomoția bazată pe feedback: una care implică interceptarea prăzii atunci când scena este clară și una care permite muștelor să ocolească orice obstacol în calea lor de zbor.

O provocare în robotică este modul de proiectare a roboților care pot naviga în medii aglomerate – ceva ce oamenii și alte animale pot face instinctiv în fiecare zi. Potrivit autorilor, multe sisteme robotizate se bazează pe un fel de planificare a căii: folosind sunet (sonare) sau lasere pentru a trimite semnale și apoi detectarea reflexiilor. Aceste date pot fi apoi folosite pentru a crea o hartă de distanță a oceanului.

Dar, în comparație cu utilizarea unor indicii vizuale simple (de exemplu, „rute interactive”), planificarea rutelor este o abordare costisitoare în ceea ce privește utilizarea energiei. Oamenii și alte animale nu au nevoie de hărți detaliate sau de cunoștințe specifice despre locația unei ținte, viteza și alte detalii. Pur și simplu reacționăm la orice stimul relevant din mediul nostru în timp real. Prin urmare, crearea de algoritmi comportamentali de navigație bazați pe sisteme biologice este de mare interes pentru robotică.

Studiile anterioare s-au concentrat asupra capacității diferitelor specii, inclusiv muștele de fructe și porumbeii, precum și a oamenilor, de a gestiona medii aglomerate. „Cu toate acestea, în aceste cazuri, evitarea obstacolelor a fost singurul obiectiv”, au scris autorii. „Navigarea în jurul unui obstacol este mai dificilă atunci când o anumită locație servește drept țintă, deoarece aversiunea la obstacol trebuie să fie echilibrată de obiectivul de navigație.”

De aceea, bioinginerul Samuel Fabian de la Imperial College London și trei colaboratori de la Universitatea din Minnesota au decis să-și desfășoare propriile experimente folosind musca prădătoare de tâlhar (Holocephala fusca) ca subiect de testare. Muștele tâlhari au fost alese din cauza traiectoriei lor de interceptare foarte previzibile pentru a prinde prada. Autorii au mai scris că dimensiunea sa mică și comportamentul relativ rapid (majoritatea zborurilor durează mai puțin de o secundă) „necesită reacții rapide cu efort de calcul minim”.

Fabian et al. El a asemănat comportamentul muștei hoț la vânătoare cu cel al șoimilor, șoimilor și rachetelor dirijate moderne. De obicei, muștele prind hoții stând undeva care le oferă o vedere clară asupra cerului. Odată ce o muscă tâlhară detectează o pradă potențială și începe să o urmărească, musca trebuie să navigheze pentru a prinde prada și a evita orice obstacole pe parcurs, cum ar fi ramurile rătăcite.

Muștele hoților li s-a prezentat o țintă în mișcare sub forma unei mici mărgele reflectorizante de culoare argintie, care a fost trasă de-a lungul unui fir de pescuit transparent, cu mulinete și un motor pas cu pas. „Muștele chiar nu știau că nu sunt o pradă adevărată, chiar și atunci când erau atât de aproape”. spuse Fabian. „Dacă un lucru este suficient de mic, se pare că ei presupun în general că este mâncare”.

Cadrul include și un cârlig: o bandă de acetat acoperită cu vopsea acrilică neagră, fie o versiune subțire (2,5 cm) fie groasă (5 cm), care este plasată chiar sub șina țintei. „Poziționarea precisă a benzii și traiectoria inițială a muștei determină dacă obiectul a devenit un obstacol în calea de zbor și dacă ascunde ținta”, au scris autorii.

Cercetătorii au înregistrat toate zborurile în condiții de teren pentru a obține cel mai natural comportament. Apoi, ei reconstruiesc digital 26 de zboruri ale unui hoț care urmărește șiragul în mișcare în prezența unui obstacol. Echipamentul de manevrare deasupra capului tinde să excite muștele, așa că acele 26 de zboruri reprezintă muștele care au rămas pe stingheriul lor pe măsură ce dispozitivul a fost plasat în jur, mai degrabă decât să zboare departe.

Rezultate: În absența unui obstacol, muștele hoț au menținut aceeași linie de vedere față de mărgele pe tot parcursul apropierii sale pentru a-și prinde și captura prada. Atunci când o bară neagră subțire sau groasă a ascuns parțial vederea pentru perioade scurte (<0,1 secunde), muștele s-au angajat în manevre evazive pentru a ocoli obstacolul înainte de a reveni la traiectoria lor pentru a intercepta. Uneori, musca se deviază ca răspuns la o bară neagră, chiar și atunci când bara nu își ascunde linia vizuală. Și când cercetătorii au blocat linia vizuală a muștelor mai mult de 0,1 secunde, muștele abandonau complet interceptarea.

Fabian si altii. El a concluzionat că muștele tâlhari foloseau o strategie simplă de evitare a obstacolelor în combinație cu strategia standard de interceptare, pe care o numeau co-rutare. „Cu cât obstacolul crește mai repede în câmpul lor vizual, cu atât vor fi mai departe.” spuse Fabian. Muștele revin pe calea de interceptare de îndată ce obstacolul menționat mai sus începe să se retragă din vedere. „Ei acordă atenție mediului înconjurător chiar și atunci când sunt concentrați pe țintă”.

Autorii au scris că acest lucru „demonstrează că evitarea obstacolelor poate fi un produs al unor legi simple de feedback care nu necesită cunoaștere absolută a distanței, volumului sau vitezei”, în conformitate cu lucrările anterioare care arată că legile simple ale feedbackului pot explica, de asemenea, strategia de interceptare a muștelor. . Acest lucru se bazează cu siguranță pe un număr limitat de teste pe teren, iar echipa speră să efectueze mai multe teste în viitor.

DOI: Journal of Experimental Biology, 2022. 10.1242 / JP 243568 (Despre DOI).