Роборыба раскрывает роль скорости в коллективном поведении животных
Исследователи из Университета Констанца, кластера «Science of Intelligence» и Института пресноводной экологии и внутренних рыбных промыслов им. Лейбница (IGB) использовали передовую робототехнику, чтобы показать, что скорость движения отдельных особей является фундаментальным фактором для формирования коллективных поведенческих паттернов в группах животных. Именно более быстрые особи оказывают наибольшее влияние на поведение всей группы.
Исследование, опубликованное в Biology Letters, дает новое понимание сложных коллективных паттернов в природе. Это знание может помочь в разработке систем, движущихся коллективно: роев роботов, беспилотных автомобилей и дронов.
Роборыба как инструмент исследования
Команда создала «Роборыбу» (Robofish) — робота, который реалистично имитирует внешний вид и поведение гуппи (небольшой тропической пресноводной рыбки) и естественным образом взаимодействует с живыми рыбами.
- Робот был запрограммирован следовать за живой рыбой-партнером и копировать её движения, но не имел собственных предпочтений в движении.
- Используя систему видеотрекинга высокого разрешения и обратной связи в реальном времени, Robofish реагировал на действия живой рыбы.
- Ключевым правилом взаимодействия было поддерживать постоянную дистанцию до соседа, ускоряясь или замедляясь вместе с ним.
«Наш уникальный подход позволил изолировать влияние скорости движения рыбы на коллективное поведение пары», — объясняет старший автор работы доктор Давид Бирбах.
Результаты: быстрые гуппи становятся лидерами
- Ученые сначала измерили естественную скорость движения гуппи поодиночке и обнаружили большие индивидуальные различия.
- Когда каждую рыбку тестировали в паре с идентичным Robofish,
оказалось, что скорость живой гуппи напрямую влияет на свойства
пары:
- Пары с более быстрой гуппи были лучше скоординированы и выровнены, но менее сплочены.
- В таких парах гуппи становилась более явным лидером.
Поскольку Robofish вел себя абсолютно одинаково с каждой рыбкой, наблюдаемые различия в поведении пар обусловлены исключительно индивидуальной скоростью гуппи.
Значение и перспективы
Исследование показывает, что индивидуальные различия в скорости, которые часто связаны с такими признаками, как размер, возраст или уровень голода, играют ключевую роль в формировании группового поведения.
В будущем команда планирует усовершенствовать программное обеспечение Robofish, чтобы оно могло предсказывать и предвосхищать действия живой рыбы — способность, которая, как предполагается, есть у животных для поддержания синхронности.
Понимание этих механизмов важно не только для фундаментальной науки о коллективном поведении, но и для прикладного применения в разработке коллективно движущихся искусственных систем.