Исследователи из Сколтеха, Высшей школы промышленной физики и химии города Париж, Университета Тибы и Японского агентства науки и техники моря и Земли провели трёхмерное моделирование и показали, что рыбка в стае способна по перепадам давления воды на свой бок ощущать положение и движение хвоста соседа. 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. О работе рассказала пресс-служба Сколтеха.
В стае рыбы могут экономить силы, регулируя взаимное расположение и подстраиваясь под движения друг друга. Но чтобы делать это в темноте или мутной воде, одного зрения недостаточно. «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», — рассказывает один из авторов работы, доцент Центра технологий материалов Сколтеха Дмитрий Коломенский.
По словам ученого, 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, применив его для понимания нейронных процессов в основе другого вида коллективного движения — наблюдаемого у муравьёв и других животных кружения.
Модульные коллективные решения — актуальный тренд в робототехнике, где разрабатываются «рои» (swarms), или ансамбли, роботов. Например, стаи «роборыб», оснащённых датчиками давления, могут получать гидродинамическое преимущество от перемещения в группе. 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 счёт перемещения стаей, полезно для расчётов, по которым предсказывают миграцию значимых для рыболовства видов.
Статья с итогами исследования опубликована в журнале Frontiers in Robotics and AI.