Самцы шелкопрядов научат дронов ориентироваться по запаху

Энтомологи из Испании и США при помощи компьютерного моделирования определили алгоритм, по которому самец непарного шелкопряда ищет самку в полете по ее феромонному следу. Авторы проанализировали несколько стратегий поиска, основанных на наблюдениях за шелкопрядами в естественных условиях и аэродинамических трубах. Результаты работы могут оказаться полезными для робототехники, особенно для дронов, созданных для поиска источника газа по его ветровому шлейфу. Исследование опубликовано в Integrative and Comparative Biology.

Авторы создали компьютерную модель того, как мотылек осуществляет поиск. В ее рамках задавался точечный источник феромонов и ветер с определенной силой и направлением. Мотылек мог двигаться преимущественно против ветра, поперек него с короткими движениями вперед (как корабль, идущий галсом) или вовсе перемещаться случайно, сверяясь лишь с наличием феромонов в данной точке. Всего изучалось 5 разных алгоритмов с целью найти из них оптимальный.

Оказалось, что худшие результаты демонстрировали подходы, опирающиеся на направление ветра. Только в том случае, если оно не изменялось, эффективность этих алгоритмов была высока. Напротив, при любом, даже сильно переменном ветре, методы «случайного» блуждания, коррелированные с концентрацией феромонов в шлейфе, все время оказывались эффективны.

Из всех методов, хоть и с небольшим отрывом, лидировала модель Леви. Она представляет собой общий случай случайного блуждания, в котором длина шага имеет распределение «с тяжелыми концами». Частным случаем модели Леви является, например, броуновское движение. Существует гипотеза, что движение диких животных в поиcках пищи описывается моделью Леви. Эта гипотеза имеет как сторонников, так и противников, но результаты из новой работы говорят в ее пользу.

Нахождение источника по химическому шлейфу является важной задачей для различных поисковых роботов, в том числе и дронов. Данные из новой работы говорят о том, что для эффективного поиска следа дрону не надо все время отслеживать направление ветра, так как случайное движение оказывается более эффективно. В будущем этот вывод может позволить избежать установки «лишней» аппаратуры и траты дополнительных ресурсов.