Мозг птиц может помочь дронам летать и избегать столкновений

Автономные летательные аппараты для доставки становятся реальностью (Google тестирует их в Австралии, Amazon лоббирует разрешения в США). Чтобы предотвратить их столкновения, ученые обратились к природе — птицам, которые мастерски летают в сложных условиях.

Уроки от птичьего мозга

Исследователи изучали поведение волнистых попугайчиков (budgerigars) в полете. В эксперименте одна птица пролетала через туннель с препятствием посередине, предлагающим два прохода — левый и правый.

Неожиданный результат: Отдельные птицы демонстрировали устойчивое предпочтение одной стороны (левой или правой), даже если это означало выбор более узкого прохода. Это удивило ученых, ожидавших, что птицы всегда выберут более широкий и безопасный путь.

Модель для стаи

Чтобы объяснить это, была разработана математическая модель для стаи птиц, встречающей два прохода.

Вывод модели: Если у разных особей есть разные встроенные предпочтения (влево/вправо) и разная степень этого предпочтения, то количество птиц, выбирающих каждый проход, будет пропорционально его ширине. Более широкий проход привлечет больше птиц, более узкий — меньше. Это позволяет стае пролетать быстро и эффективно, используя оба прохода.

Важное уточнение: Пока птиц тестировали по одной. Как поведет себя реальная стая и повлияют ли взаимодействия между особями на результат — предмет будущих исследований.

Учет размаха крыльев

В другом эксперименте птиц учили пролетать через вертикальную щель переменной ширины.

• Широкая щель (> размаха крыльев): Птица пролетала, не прерывая цикла взмахов крыльев.
• Узкая щель: Птица прерывала цикл, поднимая крылья или прижимая их к телу, чтобы уменьшить ширину до ширины туловища.

Любопытный факт: Птицы оказались менее осторожны, чем люди. Люди начинали поворачивать плечи, когда проход был всего 130% от ширины их плеч. Птицы же точно оценивали щель и меняли поведение только когда ее ширина была меньше 106% от их размаха крыльев. Это особенно интересно, учитывая, что птицы с боковым расположением глаз не могут использовать стереозрение для точной оценки расстояний.

Применение для доставки дронами

Эти поведенческие инсайты могут помочь в разработке систем навигации и управления для автономных дронов, особенно при полете в "стае".

При проектировании флотов автоматических летательных аппаратов важно учитывать:

• Нужно ли наделять дронов встроенными индивидуальными предпочтениями при выборе направления.
• Простой алгоритм "всем лететь через более широкий проход" для избегания препятствий (например, грозового фронта) может привести к опасной скученности. Требуются более сложные решения.

Вывод: Естественное поведение скромного волнистого попугайчика может иметь далеко идущие последствия для будущего автономных полетов.