Ученые провели исследование о том, как шмели садятся на колеблющиеся цветы. Рассматриваем, какие визуальные сигналы применяют данные насекомые и как это может помочь в разработке летающих роботов.
Посадка на движущуюся цель — сложная задача даже для летающих организмов. Когда цветок колеблется на ветру, шмель должен синхронизировать свой полет с его движением, не отвлекаясь от цели. Новое исследование, проведенное учеными из Вагенингенского университета и Делфтского технологического университета, выяснило, как насекомые справляются с этой задачей.
В ходе эксперимента ученые установили круглую платформу в форме цветка у входа в улей, где шмели обучались приземляться. Во время испытаний модель цветка двигалась вбок со скоростью два полных цикла в секунду, отклоняясь на 2,5 сантиметра в каждую сторону. Три высокоскоростные камеры зафиксировали 48 эпизодов посадки, которые исследователи реконструировали в трех измерениях. Это дало возможность разделить два одновременных действия насекомых: боковое движение для следования за платформой и поворот головы для удержания цели в поле зрения.
Результаты, опубликованные в журнале Journal of the Royal Society Interface, показали, что шмели выполняют обе задачи, используя одну и ту же визуальную информацию, но разными способами. Насекомые точно следили за боковыми движениями платформы, но это происходило с небольшой задержкой во времени. Данная стратегия позволяла им реагировать на уже произошедшее движение, не пытались предсказать траекторию цветка. Для бокового движения пчелы выполняли наклоны, которые точно соответствовали необходимому ускорению для перенаправления аэродинамической силы, как это делает вертолет.
Исследователи проверили математические модели, связывающие оптический поток со скоростью вращения пчелы. Учет поворота помог отделить визуальное движение, вызванное вращением насекомого, от движения, вызванного его боковым смещением. Для следования вбок хорошо работало простое правило: чем больше суммарный визуальный сигнал, тем сильнее ускорение. Для поворотов же потребовалась дополнительная реакция на скорость изменения оптического потока.
Исследование также показало, что угол, под которым пчела наблюдает цветок, имеет меньшую значимость, чем сигналы движения. Моделирования продемонстрировали, что реакция на визуальное движение цветка сама по себе инициирует поворот, удерживая цель в центре поля зрения без дополнительной коррекции смещения.
Исследователи отмечают, что эксперименты проводились лишь при боковом движении. Они предполагают, что информация о положении цели может стать более актуальной при непредсказуемых порывах ветра. Дальнейшие испытания этой стратегии на летающих роботах могут предоставить инженерам простой способ программирования посадки на движущиеся платформы.
Фото: hi-tech.mail.ru