Следуй за (роботизированным) лидером
Исследователи из Политехнического института Нью-Йоркского университета под руководством доцента механической инженерии Маурицио Порфири создают роботов, способных вести за собой стаи рыб.
В будущем такие роботы смогут уводить рыб от турбин электростанций, направлять стаи птиц к новым местам зимовки или выводить людей из зоны пожара. Но сначала необходимо понять механику лидерства для каждого биологического вида.
Команда начала с рыб, так как их способ обмена информацией особенно богат: решение присоединиться к стае они принимают на основе того, что видят и какую гидродинамику чувствуют. Согласно научной литературе и наблюдениям Порфири, рыбы-лидеры чаще бьют хвостом, перемещаются и ускоряются, чтобы привлечь внимание и собрать стаю.
Используя неглубокий кольцевой аквариум и камеры, команда начала математическое исследование поведения рыб в одномерной среде. Результаты опубликованы в Journal of the Royal Society Interface. Параллельно были созданы бесшумные, дистанционно управляемые роботы-рыбы размером с ладонь. Эти первые роботы могут плавать в одной плоскости; следующая цель — роботы, способные нырять и всплывать. Первая техническая статья Порфири о роботах-рыбах получила награду за лучшую работу по робототехнике на конференции ASME 2009 года.
Поскольку рыбы разных размеров и видов образуют совместные стаи, Порфири предположил, что они примут робота крупнее себя и признают его лидером.
Чтобы взаимодействовать с живыми рыбами, роботу были приданы ключевые качества: бесшумность и движение, максимально похожее на настоящее. Для этого использовались ионные полимеры, которые набухают и сжимаются под действием электрического тока от батареи, приводя робота в движение.
Такие биомиметические системы движения также мотивировали недавние исследования Порфири по сбору энергии в водной среде с помощью ионных полимеров. Это приведёт к созданию подводных микросенсоров, питающихся от неиспользуемой энергии маленьких водоворотов и вибраций. Кроме того, технология роботов-рыб помогает в разработке новых искусственных мышц, работающих без батарей — от удалённого источника электромагнитных волн.
Параллельно продолжается моделирование поведения рыб: команда изучает влияние численности стаи и восприятия количества (рыбы интуитивно "считают" 3–4 объекта вокруг, в отличие от примерно 10 у человека). Исследователи анализируют формирование стаи, интеллект, вычислительные способности рыб и их методы избегания хищников, чтобы получить подсказки о поведении других живых существ. Эти исследования также найдут применение в командах автономных транспортных средств: подводных, воздушных и наземных.