Роботы и интернет помогли пчелам и рыбам в принятии коллективных решений
Ученые из пяти европейских стран создали экспериментальную платформу, позволяющую животным разных видов общаться между собой и принимать коллективные решения. Она состоит из двух контейнеров, синхронизированных через интернет. В одном из которых расположены медоносные пчелы и привлекающие их нагревательные элементы, а во втором круглый канал с рыбами данио-рерио. Эксперименты показал, что, поскольку данные между контейнерами синхронизируются, животные одного вида могут своим поведением влиять на поведение других, а также принимать коллективные решения, рассказывают авторы статьи в Science Robotics.
Зачастую ученые, изучающие поведение животных, используют для этого роботов, способных имитировать поведение настоящего животного или создавать некоторые стимулы. Например, в 2017 году ученые изучили поведение рыб данио-рерио (Danio rerio) во время ухода от преследования с помощью управляемой реплики рыбы-хищника. Это позволяет не только пассивно наблюдать за поведением изучаемого организма, но и оказывать на него воздействие, изучая ответ на него. Однако в таких экспериментах зачастую изучается лишь один вид и взаимодействие его особей между собой.
Группа исследователей под руководством Томаса Шмикля (Thomas Schmickl) из Грацского университета имени Карла и Франца показала, что роботов можно использовать в качестве «переводчиков», позволяющих связывать поведение разных видов, обычно неспособных взаимодействовать между собой. В качестве модельных организмов ученые выбрали рыб данио-рерио (Danio rerio) и медоносных пчел (Apis mellifera), потому что у обоих видов ярко выражено социальное взаимодействие. Авторы работы создали две экспериментальные установки для каждого вида, связанные через интернет и расположенные на расстоянии примерно 700 километров друг от друга.
Для пчел ученые создали контейнер с двумя нагревательными элементами, расположенными на краях. Исследователи выбрали для эксперимента молодых пчел возрастом в один день, которые в этом возрасте обычно находятся в специальном месте улья, где поддерживается определенная температура. Нагревательные элементы оснащены инфракрасными датчиками, позволяющими определять плотность расположения пчел вокруг них. При увеличении плотности элементы начинают производить больше тепла, что привлекает больше пчел. Рыбы содержались в другом контейнере с круглым каналом, в котором помимо них самих находилась роборыба, способная двигаться вперед и менять направление своего движения. Контейнер для рыб оснащен камерой, отслеживающей направление движения рыб. Роборыба получает данные о направлении и меняет его в соответствии с направлением большинства.
Во время экспериментов данные с обоих контейнеров были синхронизированы через интернет. К примеру, плотность пчел вокруг одного из двух нагревательных элементов преобразовывалась в то или иное направление движения рыб для роборыбы и наоборот. Ученые провели четыре вида экспериментов длительностью по 32 минуты каждый, во время которых они использовали двустороннюю связь, два вида односторонней связи или вовсе не использовали связь между контейнерами. Во время экспериментов без связи между контейнерами рыбы часто меняли направление на протяжении всего эксперимента, а пчелы выбирали один из двух нагревателей примерно за 15 минут. Во время остальных экспериментов животные вели себя иначе. К примеру, в экспериментах, в которых роборыба получала данные о поведении пчел, рыбы намного дольше двигались в одном направлении.
Анализ экспериментов с помощью метода Тьюки показал, что результаты согласованности решений в экспериментах с передачей данных между контейнерами статистически отличаются от результатов экспериментов без передачи данных, но не имеют статистически значимых различий в распределении между собой, что указывает на влияние особей разных видов друг на друга.
Изучением коллективного принятия решений в группах также занимаются ученые из области робототехники, которые обычно используют для этого килоботов — небольших роботов, способных перемещаться и передавать сигналы соседям. На их примере ученые показали несколько необычных особенностей коллективного принятия решения в больших группах. К примеру, в 2017 году выяснилось, что если при принятии двоичных решений рой не может прийти к консенсусу, помочь может добавление не определившихся со своей позицией роботов. А год спустя другая группа исследователей показала, что в определенных условиях такие роботы даже способны демонстрировать искусственный морфогенез.
Григорий Копиев
Он пригодится на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов
Инженеры разработали концепцию робота для будущих миссий по изучению пещер на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов. Проект ReachBot описывает устройство с несколькими конечностями, которые способны раскладываться и дотягиваться до удаленных точек, на которых можно закрепиться с помощью захвата с металлическими шипами, сообщается в отчете NASA. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера С тех пор как орбитальные исследовательские аппараты подтвердили существование пещер под поверхностью Марса и Луны, ученые не перестают размышлять над их полноценным исследованием. Помимо ценной информации об истории формирования небесного тела, в пещерах, куда не проникают ультрафиолетовые солнечные лучи и космические заряженные частицы, могли бы сохраниться и следы внеземной жизни. До последнего времени все подвижные роботы, предназначенные для изучения других планет, разрабатывались с расчетом, что они будут передвигаться только по сравнительно ровной поверхности. Поэтому они имеют относительно простое четырех- или шестиколесное шасси, которое устойчиво и не требует много энергии, но, к сожалению, не позволяет передвигаться по крутым каменистым склонам и скалам, и потому не подходит для исследования пещер. Инженеры под руководством Марко Павоне (Marco Pavone) из Стэндфордского университета уже несколько лет работают над многоэтапным проектом ReachBot для NASA, развивающим концепцию робота, способного перемещаться по пещерам и скалам со сложным рельефом, недоступным для других видов роботов при разных уровнях гравитации. Его главная особенность заключается в необычном способе передвижения. Вместо колес или ног у него есть несколько гибких удлиняющихся конечностей, на конце которых располагаются захваты с множеством мелких металлических шипов, которые цепляются за малейшие неровности на каменной поверхности. Аналогичный способ удержания на вертикальных поверхностях применялся в прототипе робота-скалолаза LEMUR, разработанном Лабораторией реактивного движения NASA. За счет металлических шипов робот может удерживать свое положение, распределив свой вес между несколькими конечностями, пока подыскивает следующую точку опоры для одной из них. Ожидается, что ReachBot сможет передвигаться не только по стенам и потолку, но и по полу как обычный ходячий робот. Однако на данной стадии проектирования конкретной конструкции для конечностей еще нет. Разработчики оценили параметры робота для миссии по исследованию марсианской лавовой трубки с высотой от пола до потолка порядка 30 метров. Это должно быть устройство массой около 10 килограмм, с восемью конечностями, способными развертываться до 20 метров в длину, оборудованное камерами и лидаром для навигации и прокладывания маршрута, а также для картографирования окружения. На предыдущих этапах были разработаны алгоритмы движения робота на плоскости, а также построен примитивный прототип ReachBot. В качестве четырех конечностей на нем используются стальные измерительные рулетки, оснащенные механизмом поворота, который позволяет «наводить» их на объект. После чего другой механизм раскручивает рулетку, на конце которой расположен захват с металлическими шипами. Робот умеет определять положение предметов вокруг с помощью визуальных меток, дотягиваться до них конечностями, ухватываться с помощью захватов и подтягивать себя в нужном направлении. В будущем разработчики планируют построить версию, которая способна двигаться в трехмерном пространстве. https://www.youtube.com/watch?v=Q6uvS_19OcA Существуют и другие концепции исследования инопланетных пещер, куда нет доступа колесных роботам. Одна из них предполагает использование нескольких четвероногих роботов Spot Mini. Каждый из членов группы будет отличаться от других, иметь свою роль и помогать другим.