• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24 января
Сколтех
51
196 601

Искусственный интеллект объяснил загадочное кружение животных

5.1

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

Искусственный интеллект объяснил загадочное кружение животных / ©Getty images

ИИ давно зарекомендовал себя в решении прикладных и инженерных задач, но на этот раз опубликованное в Science Reports исследование демонстрирует новую сильную сторону ИИ, который помог ответить уже на фундаментальный вопрос — понять коллективное поведение живых существ.

Кружение наблюдается в больших группах животных, находящихся на разных этапах эволюции, от насекомых и червей до рыб: они согласованно движутся вокруг центра группы. Биологическая функция столь причудливого поведения до сих пор ставила в тупик эволюционных биологов и теоретиков систем.

Стандартный подход к объяснению кружения постулирует наличие неких искусственных сил, которые возникают между животными и влияют на их коллективное движение. Ученые из Сколтеха пошли по иному пути: их модель отталкивается от цели и формулируется в терминах обучения с подкреплением — инструмента из области искусственного интеллекта.

Кружение муравьев / ©Егор Нужин и другие, Scientific Reports

Опираясь на простые правила и естественные ограничения, смоделированные исследователями животные методом проб и ошибок обучились коллективному движению. Поразительным образом, предъявленные к ним требования — оставаться в заданных пределах от центра группы и от соседей — привели к самопроизвольному кружению. Что еще более неожиданно, кружение оказалось весьма полезным для выживания: по подсчетам исследователей, обученный такому поведению коллектив в сотни раз устойчивее к пагубным возмущениям среды — в природе ими могут быть, например, ветер или подводные потоки.

Оптимальная конфигурация шести, семи и восьми птиц в стае. Возникающая в случае с нечетным количеством птиц асимметрия ведет к тому, что возможны два варианта расположения. Указанные конфигурации минимизируют затраты энергии; в природе, однако, возможно влияние и других факторов, например защиты от хищников / ©Егор Нужин и другие, Scientific Reports

Другое применение искусственного интеллекта в похожем контексте — группировка животных. Птицы мигрируют, волки охотятся, а рыбы плавают — стаями. Если животные перемещаются совместно с оптимальным расположением друг относительно друга, они тем самым минимизируют затраты энергии. Исследователи из Сколтеха применили тот же целеориентированный подход на базе обучения с подкреплением и подтвердили, что в результате животные находят оптимальную для передвижения конфигурацию, позволяющую сохранять силы: вдвоем они выстраиваются в линию, втроем — в треугольник, вчетвером — в ромб.

Эти и другие, порой неожиданные построения, при большей численности группы, были независимо найдены альтернативным методом. Хотя в природе присутствуют и другие факторы, определяющие структуру стаи, например защита от хищников, положение вожака и прочее, полученные результаты наглядно демонстрируют широкую применимость метода и его надежность. Как говорит профессор Бриллиантов, «я понимаю, что все строится из простых „математических кирпичиков“, но не перестаю удивляться возможностям методов ИИ!». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 16:36
Мария Азарова

Ученые предупреждают: поскольку вес современных комбайнов и прочей сельхозтехники сегодня приближается к весу самых крупных животных, когда-либо бродивших по Земле, возникает парадокс уплотнения грунта.

8 часов назад
Сергей Васильев

Распространяясь в популяциях крупных жвачных животных, паразиты незаметно оказывают мощное влияние на целые экосистемы, позволяя растительности спокойно развиваться и процветать.

Вчера, 12:13
Александр Березин

На планете уже зарегистрировано больше сотни случаев, подозрительно напоминающих обезьянью оспу — родственницу оспы натуральной. До 2022 года больные обезьяньей оспой заражались в основном от животных, а среди людей она быстро затухала, плохо передаваясь воздушно-капельным путем. Но в этом мае положение могло измениться. Дюжина стран на разных континентах показала одновременную вспышку заражений. Многие пытаются успокоить население, упирая на факт, что прививка от обычной оспы защищает и от новой. На самом деле, ситуация далеко не такая простая, и ВОЗ в эту пятницу провела чрезвычайную встречу экспертов для обсуждения этой болезни. Naked Science рассказывает, может ли оспа стать «сменщиком» коронавируса.

Позавчера, 16:36
Мария Азарова

Ученые предупреждают: поскольку вес современных комбайнов и прочей сельхозтехники сегодня приближается к весу самых крупных животных, когда-либо бродивших по Земле, возникает парадокс уплотнения грунта.

8 часов назад
Сергей Васильев

Распространяясь в популяциях крупных жвачных животных, паразиты незаметно оказывают мощное влияние на целые экосистемы, позволяя растительности спокойно развиваться и процветать.

Вчера, 12:13
Александр Березин

На планете уже зарегистрировано больше сотни случаев, подозрительно напоминающих обезьянью оспу — родственницу оспы натуральной. До 2022 года больные обезьяньей оспой заражались в основном от животных, а среди людей она быстро затухала, плохо передаваясь воздушно-капельным путем. Но в этом мае положение могло измениться. Дюжина стран на разных континентах показала одновременную вспышку заражений. Многие пытаются успокоить население, упирая на факт, что прививка от обычной оспы защищает и от новой. На самом деле, ситуация далеко не такая простая, и ВОЗ в эту пятницу провела чрезвычайную встречу экспертов для обсуждения этой болезни. Naked Science рассказывает, может ли оспа стать «сменщиком» коронавируса.

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

28 апреля
Мария Азарова

Авторы нового исследования составили таблицу ожидаемой продолжительностью жизни для собак 18 чистокровных пород и метисов. Кроме того, они узнали, кто живет дольше — суки или кобели, кастрированные или нет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

51 Комментариев

-
0
+
Чем то эти действия напоминают кошек после отравления метилатом ртути. (Болезнь Миямото). А возможно один из муравьев имеет нарушения секреции желез закладывает путь со значением особой важности в круг, а остальные особи его дублируют.
27.01.2022
-
1
+
Кружение наблюдается в больших группах животных, находящихся на разных этапах эволюции, от насекомых и червей до рыб..." и московитов.
    27.01.2022
    -
    1
    +
    Ну вот а кто-то говорил что я "неправильно понял". Чего ж тут не понять🙄 Уже пятый или шестой "шутник" набегает и все с тем же баяном. "Путинизм", "московиты", "верующие", ИГИЛ, животные...
25.01.2022
-
4
+
Вот на этот бред выделяются деньги из бюджета России ??? Чем вы от Чубайса отличаетесь тогда ??? Освоили деньги на виллы в Европе и вот эту деятельность выдают за научный труд, вы что там совсем обалдели, бездари ???
-
2
+
Путинизм для России как круг смерти для муравьев
25.01.2022
-
0
+
Только у животных, у людей такого не бывает 🤭
    25.01.2022
    -
    4
    +
    Вчера уже поговорили с одним таким. На голубом глазу уверял, что никакого разжигания, это он так намекает автору, что некоторые люди могут статью неправильно понять🙄 Лень повторяться, прочитай дискуссию чуть выше.
    +
      ещё комментарии
      25.01.2022
      -
      1
      +
      А у вас явные проблемы с чувством юмора. Разве мой комментарий нёс негативный подтекст?
      25.01.2022
      -
      0
      +
      Так всё же, по вашему мнению, верующих боевиков ИГИЛ можно сравнивать с животными или нет?
        -
        0
        +
        Не сравнивай: живущий несравним. С каким-то ласковым испугом Я согласился с равенством равнин, И неба круг мне был недугом. Я обращался к воздуху-слуге, Ждал от него услуги или вести, И собирался в путь, и плавал по дуге Неначинающихся путешествий... Где больше неба мне - там я бродить готов, И ясная тоска меня не отпускает От молодых ещё воронежских холмов К всечеловеческим, яснеющим в Тоскане. 18 января 1937 Спустя 80 лет появилась статья 282 УК РФ о запрете нехороших и нелестных сравнений. "Вот такая, понимаешь, загогулина получается..." Б. Н. Ельцин
        -
        1
        +
        Люди -- животные, а потому между ними и любыми подвижными многоклеточными организмами можно проводить любые аналогии и искать самое неожиданное сходство. Все остальное -- пропаганда и идеология, к науке имеющие отношения лишь как предмет исследования...
25.01.2022
-
1
+
Для муравьев это смерть, если не разомкнуть круг. Да и создать его непроблема, в детстве так и развлекался, и мир позновал. Тоже самое касается и птиц. Во многих случаях это из-за потока воздуха, которому они следуют, облегчая себе полёт, особенно вовремя перелёта, так и ещё иногда сами так подают, так как они могут спать и вовремя полёта, если не в курсе. Не все, лишь опредеённые. Но в тот же момент, для них это также может стать и литальным. Представьте что поток ветра начинает сжиматься в определённой точке, в итоге птицы сталкиваются, падают, ломают крылья, шеи и т.д. С муравьями то проще, их ещё можно перенаправить и разомкнуть тем самым круг, а вот с птицами, если только польнуть в стаю что бы разлетелись
    25.01.2022
    -
    2
    +
    "Представьте что поток ветра начинает сжиматься в определённой точке, в итоге птицы сталкиваются, падают, ломают крылья, шеи и т.д." - хах, подскальзываются на разряженности торсионного эфира, сталкиваются и взрываются :D
    -
    5
    +
    создать его непроблема, в детстве так и развлекался, и мир позновал.
    "не проблема", "познавать". Надо было в детстве не только мир познавать, развлекаясь, но и уроки русского языка не пропускать.
    особенно вовремя перелёта
    "во время" (тут не наречие, а предлог с существительным)
    так и ещё иногда сами так подают
    Речевая ошибка. Не понятно кто, кому и что подает, или все-таки "падают"?
    литальным
    "летальным"
    Но в тот же момент, для них это также может стать
    Тоже речевая ошибка.
    опрдеённые
    "определенные"
    Представьте что поток ветра
    Пропущена запятая.
    С муравьями то проще
    Либо "то" частица, тогда следует писать через дефис, либо тут предполагалось местоимение "это".
    вот с птицами, если только польнуть в стаю что бы разлетелись
    После "птицами" следовало поставить тире. "Пальнуть". "Чтобы" в данном случае -- подчинительный союз,а потому перед ним необходима запятая. На 9 строк больше десятка ошибок и опечаток -- это перебор...))
-
3
+
До чего дошел прогресс в РФ! Лаже из дискуссии про поведение негуманоидов умудрились сделать свару! Да еще с намеками на уголовный кодекс и угрозами личной безопасности какими-то бандюгами в форме и без... )))
24.01.2022
-
0
+
Ничего непонятно, но очень интересно!
-
1
+
Знаменитая "спираль смерти" это ведь тоже кружение. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%B2%D1%8C%D0%B8%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BA%D1%80%D1%83%D0%B3%D0%B8 Не всегда выживанию помогает )

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: