Инженеры создали робота, имитирующего охоту летучих мышей: видео

Новое исследование, проведенное международной командой биологов и инженеров, показало, как большеухие летучие мыши обнаруживают насекомых на листьях в полной темноте. Работа, опубликованная в Journal of Experimental Biology, объединяет наблюдения за животными с роботизированными экспериментами, создавая мост между биологией и техникой.

Цель эксперимента

Ученые, включая Ингу Гейпель из Смитсоновского института тропических исследований (США) и Дитера Вандерельста из Университета Цинциннати, изучали, как большеухие летучие мыши (Micronycteris microtis), живущие в тропиках, используют эхолокацию для охоты на бесшумных насекомых. В естественных условиях эти животные охотятся в подлеске, где свет отсутствует, а добыча часто прячется среди листьев.

Предыдущие исследования показали, что листья служат акустическими зеркалами. Гладкий чистый лист отражает звук так, что эхо практически отсутствует. Трехмерное тело насекомого рассеивает сигнал в разные стороны, возвращая летучей мыши эхо. На практике ловля насекомых таким образом требует быстрой оценки ориентации и положения листа, что кажется сложной задачей.

«Поведенческие эксперименты уже показали, как летучие мыши находят листы с добычей, но мы хотели проверить, достаточно ли этих стратегий для успешной охоты», — объясняет Дитер Вандерельст.

Создание робота

Ученые создали простого робота-«охотника», который действует так же, как большеухая летучая мышь. У него есть сонар вместо глаз, но нет карты окружающего пространства и понимания, где именно находятся листья.

Робот медленно «сканирует» пространство ультразвуком и движется туда, где эхо становится слабее. Если звук отражается стабильно и не исчезает, он продолжает поиск. Если эхо резко меняется, это признак того, что на листе сидит насекомое. В этот момент робот останавливается и «находит добычу».

Важно, что робот:

• не измеряет форму, размер или угол листьев;
• не ищет каждый лист по отдельности;
• использует лишь простое правило реакции на эхо, как это, по-видимому, делают летучие мыши.

Таким образом, исследователи показали, что летучей мыши не нужно строить сложную модель окружающей среды, чтобы находить добычу. Достаточно улавливать устойчивые изменения эхосигнала. Робот подтвердил, что такая стратегия действительно работает в реальных условиях.

Устройство было оснащено ультразвуковыми датчиками и исследовало макеты листьев с искусственной стрекозой. Робот не измерял размеры или наклон листьев, а ориентировался на изменения эхосигнала.

Результаты впечатлили. Робот правильно выявлял листья с «добычей» в 98% случаев и лишь в 18% ошибочно отмечал пустые листья. Пустые листы давали стабильное эхо независимо от угла, а занятые создавали переменные сигналы, что и помогало системе различать их.

Чему у летучих мышей могут научиться инженеры

Эксперимент подтверждает, что летучие мыши не строят сложные пространственные карты окружающей среды. Вместо этого они ориентируются на предсказуемые акустические паттерны, снижая когнитивную нагрузку и упрощая охоту в густом лесу.

«Эволюция выбирает эффективность, а не сложные вычисления», — отмечает команда исследователей.

Полученные знания имеют значение не только для биологии. Понимание того, как летучие мыши фильтруют полезную информацию из шумного акустического фона, может вдохновить инженеров на создание новых сенсорных технологий. Например, подобные системы могут использоваться для обнаружения вредителей среди посевов или фруктов, скрытых в листве. Исследование показывает, как наблюдения за природными механизмами животных помогают создавать эффективные инженерные решения.