Как морские звёзды двигаются без мозга? Ответ может повлиять на робототехнику и не только

Морские звёзды используют сотни амбулакральных ножек на нижней стороне тела для передвижения. Каждая ножка может действовать автономно, но вместе они могут синхронизировать движение, создавая "бегущую" походку. Исследователи из Университета Южной Калифорнии выяснили, как это происходит при полностью децентрализованной нервной системе.

Исследование, опубликованное в Journal of the Royal Society Interface, показывает, что морская звезда сочетает глобальную команду на направление движения от "доминирующего луча" с локальными реакциями отдельных ножек на стимулы. После общей команды ножки самостоятельно координируют движение без дальнейшего обмена сигналами.

Ключевой механизм — механическая связь

Нервная система морской звезды не обрабатывает всё централизованно. Вместо этого она полагается на физическое взаимодействие тела со средой. Все ножки структурно соединены друг с другом, поэтому, когда одна ножка отталкивается от грунта, другие чувствуют эту силу. Эта механическая связь — единственный способ "обмена информацией" между ножками.

Каждая ножка ощущает только своё состояние (проприоцепция) и реагирует соответственно. Поскольку её состояние механически связано с другими ножками, они начинают работать коллективно. Силы, создаваемые каждой ножкой, становятся частью сенсорной среды для других, что в итоге приводит к установлению общего ритма.

Аналогия с метрономами

Этот процесс похож на синхронизацию механических метрономов, стоящих на одной поверхности. Начиная движение в разных фазах, они со временем начинают бить в унисон благодаря механическому взаимодействию через общую опору.

Применение в робототехнике

Понимание того, как децентрализованная нервная система морской звезды достигает сложных координированных движений, может привести к прогрессу в робототехнике.

Профессор Ева Кансо отмечает, что эта модель может помочь в проектировании контроллеров, где обучение происходит иерархически. Децентрализованный компонент отвечает за принятие решений и коммуникацию с глобальной "властью". Это полезно для систем с множеством приводов, где большая часть управления делегируется физике системы (механической связи), а не центральному контроллеру.

В дальнейшем команда планирует изучить, как возникает глобальная команда на направление и что происходит при наличии конкурирующих стимулов.