Развитие робототехники и вычислительных мощностей позволяет инженерам создавать роботов настолько реалистичных, что животные реагируют на них как на настоящих. Степень реалистичности зависит от изучаемых животных. Иногда робот должен правильно выглядеть, иногда правильно пахнуть, а иногда он должен только двигаться. Роботы могут многое рассказать исследователям о том, как животные взаимодействуют в мире природы. В статье рассмотрим 4 биомиметических (звероподобных) роботов, которых уже используют ученые для изучения, а иногда и управления социальной жизнью реальных животных.
Робо-пчелы в улье
Медоносные пчелы исполняют «виляющий танец», когда возвращаются в улей. Так рабочая особь сигнализирует о местонахождении источника пищи. Она бегает по определенному маршруту возле входа в улей и вибрирует при этом крыльями и телом. Этот «танец» известен уже более 60 лет. Однако исследователи до сих пор не знают, как именно другие пчелы декодируют это сообщение. Выяснить это решили с помощью Robobee.
Тим Ландграф, робототехник из Свободного университета Берлина, изготовил копию пчелы в натуральную величину. Точнее, это нечеткий пчелообразный пластиковый шарик с одним крылом. Его присоединили к механическому приводу, который менял направление движения и вибрацию муляжа. Робо-пчелу поместили в улей, а позже обнаружили, что так действительно можно направлять настоящих пчел к источнику пищи.
Однако успехи Robobee нельзя назвать стабильными. «Иногда пчелы следовали за ним в течение нескольких секунд. Но иногда на это уходили дни, и мы не могли сказать, почему», — говорит Ландграф. Это натолкнуло ученых на мысль, что в танцевальном общении есть и другие факторы, кроме движений и вибраций. Сейчас они разрабатывают модернизированную Robobee с более реалистичным запахом и более надежным механизмом вибрации крыльев.
Роботизированный сокол на охоте
Согласно теории эгоистичного стада, когда сокол нападает на голубей, каждая птица старается оказаться в центре стаи, чтобы хищник забрал какого-нибудь другого несчастного голубя. Но эту идею нелегко проверить. Каждый сокол наносит удар по-разному: чуть выше, чем другие, или под другим углом. И вся эта вариативность может повлиять на реакцию голубей.
Дэниел Сэнки, специалист по поведенческой экологии из Эксетерского университета (Великобритания), решил проверить теорию с помощью робота. По его мнению, это контролируемый способ проведения исследования. Робот-сокол должен был находиться ровно в 20 метрах позади, когда выпускали голубей. В предыдущих попытках задействовали дрессированного сокола, а он полностью уничтожал стаю. В этом плане робо-птица гораздо безопаснее. Она выглядит реалистично за исключением пропеллера. Сокол неоднократно атаковал голубей и отслеживал положение каждой птицы с помощью GPS.
Это исследование опровергло теорию эгоистичной стаи. Голуби перемещались в центр стаи при атаке соколом не чаще, чем в обычное время. Ученые предположили, что голубиная стая может быть кооперативной, а не эгоистичной, то есть особи ориентируются друг на друга и спасаются группой.
Рыба-робот в косяке
Какие рыбы чаще всего возглавляют косяк? Большинство исследований показывают, что наибольшее влияние на то, куда плывет косяк, оказывают крупные рыбы. Проверить это удалось с помощью робота-рыбы.
Йенс Краузе, специалист по поведению животных из Берлинского университета им. Гумбольдта, вместе с коллегами разработали Robofish — 3D-печатную копию гуппи, установленную на постаменте. Ее приводит в движение устройство под аквариумом. Две видеокамеры, соединенные с компьютером, позволяют Robofish реагировать на движения других рыб в режиме реального времени.
Оказалось, что пока модель имела глаза и нечетко реалистичный цветовой рисунок, гуппи вели себя по отношению к ней так же, как и по отношению к любой другой рыбе. Затем исследователи заменили ее на более крупную модель, чтобы изучить влияние размера особи на поведение косяка. Как оказалось, гуппи охотнее следуют за более крупными рыбами. Команда также использовала Robofish для изучения того, как скорость плавания отдельных особей влияет на поведение всей группы.
Кроме того, робот помог узнать, что гуппи уважают личное пространство. Когда Robofish приближался слишком близко к особям, то они отступали. Когда его настроили так, чтобы он не нарушал границы, то новый «социально компетентный» Robofish оказался гораздо лучше в привлечении последователей.
Роботы-термиты в рое
В предыдущих исследованиях роботы проникали в реальные группы животных и провоцировали их на ответные действия. Но есть и другой способ использования роботов для изучения поведения животных: запрограммировать рой роботов так, чтобы они действовали в соответствии с правилами, которых придерживаются настоящие животные, и посмотреть, будет ли результат имитировать поведение животных.
Именно такого подхода придерживается Джастин Верфель, исследователь коллективного поведения из Гарварда. Он хотел понять, как термиты строят такие сложные термитники со множеством разветвлений. Он решил изучить, как особи, выносящие грунт из термитника, выбирают место для его сброса. Это простое решение определяет сложную форму входа в термитник.
Ученые предполагали, что насекомые сбрасывают грунт в том месте, где высокая внутренняя влажность термитника уступает место более сухому воздуху на поверхности. Это маркер для определения границы их жилища. Но исследователи не знали, зависит ли поведение термитов от других факторов.
Поэтому они создали рой роботов-термитов. Так как им не нужно было взаимодействовать с настоящими насекомыми, они не должны были выглядеть реалистично. Вместо этого роботы представляли собой тележки размером с кирпич, которые могли перевозить и сбрасывать на плоскую поверхность цветные блоки. Каждый робот-термит имел датчик влажности и был запрограммирован на перенос блоков при высокой влажности и их сброс при снижении влажности.
Рой роботов в итоге сбросил свои блоки в двухмерную версию входа в настоящий термитник. Роботы даже закрывали отверстие в ветреные дни, как это делают настоящие термиты. Эксперимент, конечно, не доказывает, что термиты действительно используют правило влажности для строительства своих курганов, но этого вполне достаточно для выполнения поставленной задачи.