Исследование полёта насекомых может улучшить системы управления самолётами
Исследование механизмов контроля высоты у летающих насекомых, проводимое в лаборатории Калифорнийского технологического института (Caltech) при гранте Управления научных исследований ВВС США (AFOSR), может привести к созданию технологий для управления высотой полёта различных летательных аппаратов для ВВС.
Доктор Уиллард Ларкин, руководитель программы AFOSR, отметил, что работа изучает сенсорно-моторные механизмы обратной связи в мозге насекомых, которые могут вдохновить новые подходы к стабилизации полёта и навигации для будущих аппаратов размером с насекомое.
Учёные в лаборатории изучают, как мухи используют визуальную информацию для навигации в естественной среде. Они обнаружили, что вопреки более ранним исследованиям, предполагавшим, что насекомые регулируют высоту, измеряя движение под собой, мухи на самом деле следуют за горизонтальными краями объектов. Это поведение следования за краем очень похоже на правило, которое они используют для поворотов влево-вправо, всегда поворачивая к вертикальным краям.
Доктор Эндрю Строу отметил, что у мух нет доступа к GPS или другим радиосигналам, которые также могут быть недоступны, например, в помещении. Однако с крошечным мозгом они способны выполнять различные задачи, такие как поиск пищи и партнёров, несмотря на меняющийся уровень освещённости, порывы ветра, повреждения крыльев и т.д. Мухи в значительной степени полагаются на зрение.
Учёные создали для подопытных мух среду виртуальной реальности и обнаружили, что те могут регулировать свою высоту, летая на уровне ближайших горизонтальных визуальных ориентиров, таких как верхушки камней и растительности.
Были разработаны:
- 3D-система отслеживания мух — главная техническая задача: определение местоположения мухи в 3D почти мгновенно.
- Программное обеспечение для визуальных стимулов, способное использовать эту информацию для проецирования виртуальных краёв и текстурных полов, что позволило модифицировать сенсорно-моторный механизм обратной связи мухи.
Эта 3D-система значима, так как позволит быстро охарактеризовать другие модели поведения мух с беспрецедентным уровнем контроля визуальных стимулов.
В конечном итоге учёные хотели бы построить модели полёта мухи, которые могли бы точно предсказывать поведение на основе сенсорного ввода и внутреннего состояния. Также идентификация нейронных цепей, ответственных за управление полётом, позволит расширить понимание того, как физиологические процессы реализуют поведение.
На следующем этапе учёные будут изучать более сложные модели полётного поведения, чтобы выяснить, создаёт ли муха долговременное нейронное представление об окружающей визуальной среде или же полёт контролируется только быстродействующими рефлексами.