Исследователи из Сколтеха, Высшей школы промышленной физики и химии Парижа, Университета Тибы и Японского агентства науки и техники моря и Земли провели трехмерное моделирование и показали, что рыбка в стае способна по перепадам давления воды на свой бок ощущать положение и движение хвоста соседа. Считается, что этот механизм позволяет рыбам даже в полной темноте синхронизироваться и группироваться так, чтобы плыть с минимальным расходом энергии. Понимание коллективного движения рыб нужно для предсказания их миграции и для создания энергоэффективных и незаметных для жителей океана исследовательских роботов.
Красноносая тетра — рыбок этого вида рассматривали авторы исследования / ©Getty images
Научная статья опубликована в журнале Frontiers in Robotics and AI. Считается, что плавая стаей рыбы могут экономить силы, регулируя взаимное расположение и подстраиваясь под движения друг друга. Но чтобы делать это в темноте или мутной воде, опоры на зрение мало. «В этой работе мы моделируем совместное перемещение в спокойных водах красноносой тетры в количестве двух рыбок с разными вариантами взаимного расположения.
Мы рассматриваем сигналы в виде перепадов давления, которые доходят от одной рыбки до другой. Хотя неизвестно, как эти сигналы обрабатываются, по крайней мере становится ясно, что они действительно достигают органов чувств на боку рыбы, выделяются на фоне внешнего шума и содержат информацию о положении и движении хвоста соседа», — комментирует результаты исследования один из авторов, доцент Центра технологий материалов Сколтеха Дмитрий Коломенский.
Он рассказывает, что в новых исследованиях могут быть рассмотрены более шумные, а значит, реалистичные среды и увеличено количество моделируемых рыб. Кроме того, искусственный интеллект мог бы помочь разобраться, как рыбки обрабатывают полученные сигналы. Ранее другая научная группа в Сколтехе продемонстрировала потенциал ИИ в этой области, задействовав его для понимания нейронных процессов в основе другого вида коллективного движения — наблюдаемого у муравьев и других животных кружения.
Модульные, коллективные решения — это к тому же актуальный тренд в робототехнике. Один из проектов, в которых рассматриваются «рои» (англ. swarms), или ансамбли, роботов, — исследование ученых Сколтеха, которое будет опубликовано в майском выпуске журнала Acta Astronautica. В их статье рассматривается восьмиколесный марсоход, который может функционировать как система из четырех двухколесных роботов и тем самым по максимуму использовать время работы на Марсе.
Подобным образом стаи «роборыб», оснащенных датчиками давления, могут получать гидродинамическое преимущество от перемещения в группе. Быть может, когда-нибудь они заменят более крупные автономные подводные аппараты для исследования кораблекрушений, вроде того, что 5 марта обнаружил затонувшее 107 лет назад в Арктике судно Endurance. Рыбовидные аппараты особенно удобны для изучения поведения жителей океана, которые с большей вероятностью примут их за своих.
Помимо прочего, понимание того, как рыбы экономят полученную из пищи энергию за счет перемещения стаей, полезно для расчетов, по которым предсказывают миграцию значимых для рыболовства видов.
