Badania rzucają światło na układ automatycznego pilota u owadów
Sposób, w jaki owady latające wykorzystują sygnały wizualne do startu, utrzymania wysokości i lądowania został wyjaśniony przez zespół badaczy przy pomocy specjalnie skonstruowanego latającego robota. Wyniki tych prac, finansowanych przez UE ze środków piątego programu ramowego oraz przez francuskie Narodowe Centrum Badań Naukowych (CNRS), opublikowano w internetowym wydaniu czasopisma Current Biology. Owady i inne latające stworzenia potrafią kontrolować swą wysokość ponad ziemią, mimo że nie dysponują skomplikowanymi przyrządami dostępnymi dla pilota-człowieka. W ramach omawianych badań naukowcy zaprojektowali mikrohelikopter, aby sprawdzić teorię, według której owady wykorzystują układ znany jako "przepływ optyczny" do uzyskiwania informacji na temat swojej wysokości nad ziemią. Gdy owady lecą do przodu, w ich polu widzenia obraz ziemi pod nimi ucieka do tyłu z szybkością, która jest odwrotnie proporcjonalna do wysokości, na jakiej dany owad leci nad ziemią. Innymi słowy, na niewielkich wysokościach ziemia wydaje się "poruszać" szybciej niż wówczas, gdy obserwuje się ją z większych wysokości. Badacze wysunęli hipotezę, że owady mają wewnętrzny regulator przepływu optycznego, w którym wykorzystywana jest pętla informacji zwrotnej do oceny stosunku prędkości względem ziemi do wysokości, i wyposażyli swój mikrohelikopter właśnie w tego rodzaju układ. Działa on w następujący sposób: gdy ziemia poniżej "ucieka" zbyt wolno, owad będzie zniżał lot do momentu, w którym ta prędkość jest optymalna - zgodnie ze wskazaniami jego regulatora przepływu optycznego; natomiast jeżeli ruch ten jest zbyt szybki, owad będzie się wznosił Badacze stwierdzili, że robot naśladował wiele elementów zachowania owada podczas lotu, które obserwowano w minionych latach. Na przykład migrujące motyle, które muszą przekroczyć kanion, nie fruną po prostu górą w poprzek kanionu, lecz najpierw lecą w dół wzdłuż jednej ściany kanionu, następnie nad dnem i potem znowu w górę wzdłuż drugiej ściany. Podobnie jest w przypadku pokonywania takiej przeszkody, jak las - wysokość, na której motyle lecą ponad drzewami jest taka sama, jak wcześniejsza wysokość nad ziemią. Model przepływu optycznego wyjaśnia również, dlaczego owady obniżają wysokość lotu gdy lecą pod wiatr; wiatr przeciwny powoduje spadek prędkości lotu owada względem ziemi, więc schodzi on niżej, dopóki ziemia nie nabierze - zgodnie ze wskazaniami regulatora przepływu optycznego - "odpowiedniej" prędkości. I przeciwnie, lot z wiatrem wiejącym z tyłu powoduje, że ziemia "ucieka" w szybszym tempie, tak więc owad zwiększa wysokość lotu, aby to zrównoważyć. Jednakże układ ten nie jest pozbawiony wad. W latach 1960. stwierdzono w jednym badaniu, że kiedy pszczoły lecą nad gładką taflą wody, na ogół opadają coraz niżej i niżej, aż faktycznie uderzają w powierzchnię wody. Kiedy tafla wody jest pomarszczona, potrafią bez problemu utrzymać odpowiednią wysokość. Autorzy obecnego badania wyjaśniają, że tak się dzieje, ponieważ całkowicie nieruchoma powierzchnia wody nie stanowi dla oka pszczoły źródła kontrastujących bodźców i w związku z tym czujnik przepływu optycznego przestaje reagować. Prowadzi to do negatywnego sygnału błędu w układzie, co powoduje, że owad obniża lot do momentu uderzenia w wodę. "Podobną zgubną tendencję zaobserwowano w przypadku MH [mikrohelikoptera], kiedy wprowadziliśmy brak kontrastu na powierzchni ziemi", zauważają badacze. Start i lądowanie są również możliwe dzięki wykorzystaniu regulatora przepływu optycznego. Przy starcie skierowanie dzioba helikoptera do przodu powodowało wzrost prędkości względem ziemi, co wywoływało unoszenie się helikoptera. Skierowanie dzioba helikoptera do tyłu przy lądowaniu prowadziło do zmniejszenia jego prędkości i w efekcie do zmniejszenia wysokości. "Nasz układ sterowania wyjaśnia sposób, w jaki owady potrafią bezpiecznie latać bez żadnego z przyrządów wykorzystywanych na pokładzie samolotu do pomiaru wysokości lotu nad ziemią, prędkości względem ziemi i prędkości opadania", piszą badacze. "Regulator przepływu optycznego jest dość prosty pod względem implementacji neuronowej i dla owada jest równie odpowiedni, jak byłby dla samolotu."
Kraje
Francja