Более 70 % респондентов ежегодного опроса AAA (Американской автомобильной ассоциации) по автономному вождению сообщили, что они боятся находиться в полностью самоуправляемом автомобиле. Новое исследование Северо-Западного университета показывает, что, возможно, лучше посадить за руль не роботов, а насекомых.
Поведение плодовых мух
Ученые подтверждают, что дрозофилы были предметом изучения с тех самых пор, когда люди начали проводить эксперименты в лабораториях. Что можно узнать, наблюдая за ними? Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что плодовые мухи используют принятие решений, обучение и память для выполнения простых функций.
"Процессы принятия решений, обучения и памяти используются мухами при выполнении простой навигационной задачи, такой как избегание тепла. Это открытие является одновременно новым и удивительным. Это понимание может стать следующим шагом на пути к автономным транспортным средствам", - сказал Марко Галлио, автор исследования.
Согласно мнению Галлио, адъюнкт-профессора нейробиологии в Вайнбергском колледже искусств и наук, вопросы, стоящие за этим исследованием, похожи на те, которые беспокоят инженеров, строящих автомобили. Как дрозофила справляется с новизной? Как построить автомобиль, который будет гибко адаптироваться к новым условиям?
"Поведение животных, особенно насекомых, часто считается в значительной степени фиксированным. Большинству людей трудно представить, что насекомые, столь отличные от нас, могут обладать сложными функциями мозга, способностью учиться, запоминать или принимать решения", - сказал Галлио.
3D-модель
Чтобы изучить, как плодовые мухи стремятся избежать тепла, лаборатория Галлио построила крошечную пластиковую камеру с четырьмя плитками, температуру которых можно было контролировать. Они заключили мух внутри. Затем они использовали видеозаписи высокого разрешения, чтобы отобразить, как дрозофила реагирует, когда она сталкивается с границей между теплой плиткой и холодной. Они обнаружили, что мухи распознают тепловые границы. Это для них невидимый барьер, которые помогает им избежать боли или вреда.
Используя реальные измерения и новые технологии, команда создала 3D-модель, чтобы оценить точную температуру каждой части крошечного тела мухи на протяжении всего эксперимента. Во время других испытаний они записали мозговую активность в нейронах, которые обрабатывают внешние температурные сигналы.
Мигель Симоэнс, аспирант лаборатории Галлио и один из первых соавторов исследования, сказал, что мухи способны с поразительной точностью определить, куда нужно лететь (влево или вправо). Составляя карту направления полета, Симоэнс сказал, что мухи почти всегда летят влево, когда тепло оказывается справа.
Классическая концепция ранней робототехники
Наблюдение за мухами напомнило ученым одну из классических концепций ранней робототехники.
"В своей знаменитой книге кибернетик Валентино Брайтенберг представил простые модели, сделанные из датчиков и двигателей, которые могли приблизиться к воспроизведению поведения животных. Транспортные средства представляют собой комбинацию простых проводов, но результирующее поведение кажется сложным и даже разумным", - сказал Джош Леви, аспирант прикладной математики и сотрудник лаборатории Галлио.
Брайтенберг утверждал, что большая часть поведения животных может быть объяснена теми же принципами. Но означает ли это, что поведение мухи так же предсказуемо, как поведение одного из воображаемых роботов Брайтенберга?
Команда ученых построила машины, используя компьютерное моделирование поведения мух с той же проводкой и алгоритмом, что и автомобиль Брайтенберга, чтобы увидеть, насколько точно они могут воспроизвести поведение животных. После гоночных симуляций команда провела своего рода естественный отбор, выбирая автомобили, которые показали лучшие результаты.
Поведение мухи остается несколько непредсказуемым
Это моделирование продемонстрировало, что транспортные средства в конечном итоге эволюционировали, чтобы работать почти так же хорошо, как мухи. Но пока настоящие мухи продолжали со временем повышать производительность и учиться применять лучшие стратегии, чтобы стать более эффективными, машины оставались на том же уровне, на котором их создали. Исследователи также обнаружили, что даже в те моменты, когда мухи выполняют простую задачу по спасению от тепла, их поведение остается несколько непредсказуемым, то есть имеется пространство для индивидуальных решений.
Ученые заметили, что мухи приспосабливаются и придумывают новые стратегии спасения, а транспортные средства не могут справиться с новой ситуацией. Такие новости и обществу простых автолюбителей, и ученым кажутся невероятными, однако это факт. Насекомые лучше справляются с возникающими трудностями, чем даже самая совершенная техника.
