Разработчики роботов адаптируют поведение червей-"клякс".
Ключевые выводы
- Исследователи из Технологического института Джорджии адаптировали поведение «капель» червей к роям роботов.
- Цель состоит в том, чтобы использовать полезные аспекты живых систем в созданных человеком системах.
- В составе "капли" черви, как правило, лучше выживают и обладают большими возможностями, чем поодиночке.
Новое исследование показало, как калифорнийские черные черви работают вместе, чтобы сформировать «капли червя», чтобы смоделировать их поведение в движущихся роях простых роботов. Формирование «капли», размер которого может варьироваться от 10 до 50 000 червей, служит для защиты существ от высыхания и противостояния таким угрозам, как сильная жара.
Исследователи из Технологического института Джорджии сосредоточились на том, как тысячи червей (Lumbriculus variegatus), около сантиметра в длину каждый, могут переплетаться в «активную материю», которая ведет себя как одно целое. Эта самоорганизующаяся капля, меняющая форму, позволяет червям вместе достигать гораздо более сложных результатов, чем если бы они не были связаны друг с другом.
Работа обещает помочь инженерам, работающим над роевыми роботами, понять и адаптировать механику того, как ведут себя такие капли.
Саад Бхамла, доцент Школы химической и биомолекулярной инженерии Технологического института Джорджии, подчеркнул, что пребывание в группе полезно для выживания червей:
«Нам было любопытно, почему эти черви образуют эти живые капли», - сказал Бхамла.«Теперь мы показали с помощью математических моделей и биологических экспериментов, что формирование капель обеспечивает своего рода коллективное принятие решений, которое позволяет червям в больших каплях дольше выживать в условиях высыхания».
Ученые также показали, что черви в капле могут двигаться вместе, демонстрируя уникальное коллективное поведение. Возможности блоба намного больше, чем все, что люди могут сделать самостоятельно. Изучение этих пятен помогает исследователям, которые хотят передать ключевые черты живых систем системам, созданным людьми. Роевые роботы, в частности, построены на идее о том, что отдельные роботы должны сотрудничать, чтобы иметь возможность участвовать в сложных действиях.
Коллективные червяки и роботизированные «капли» защищают отдельных людей, объединяясь в роиwww.youtube.com
Черви были тщательно изучены научным сотрудником Ясемин Озкан-Айди, чьи эксперименты включали проверку реакции капли на изменения температуры и света и создание «гимназии для червей», что позволило ей измерить силу черви. Чтобы создать каплю червя, она достала червей из воды. Когда они не смогли найти воду, они собрались в шарообразную каплю. Черви будут торговаться в зависимости от того, кто будет снаружи капли, где происходит наибольшее испарение. Это позволило коллективу меньше страдать от недостатка жидкости. Исследователи пришли к выводу, что нахождение в капле помогает червям выживать в 10 раз дольше, когда они находятся вне воды, по сравнению с отдельными червями.
Научный сотрудник Технологического института Джорджии Ясемин Озкан-Айдин держит капельку со смайлом, а ассистент профессора Технологического института Джорджии Саад Бхамла держит каплю червя. Авторы и права: Кристофер Мур, Технологический институт Джорджии
Профессор Дэниел Голдман, в лаборатории которого проводились эти эксперименты, указал на неожиданную ловкость червей.
«Они, безусловно, хотели бы уменьшить высыхание, но способ, которым они это сделают, не очевиден и указывает на своего рода коллективный разум в системе», - пояснил Голдман.«Это не просто машины для минимизации поверхности. Они хотят использовать хорошие условия и ресурсы».
Этот интеллект червей также был продемонстрирован в экспериментах по теплу, где сотрудничество между червями в капле позволяло им ускользать от горячих точек, значительно повышая их шансы на выживание. Двигаясь как капля, 95% червей добрались до холодной стороны.
Озкан-Айдин включил наблюдения за поведением червей в небольшие роботизированные капли, состоящие из «умных активных частиц» или «умных частиц». Она закрепила шесть напечатанных на 3D-принтере роботов с двумя руками и двумя датчиками света в сетке, по сути запутав их подобно червям. Затем она запрограммировала и протестировала различные движения, которые могли выполнять роботы, и обнаружила, что рои роботов «генерируют эмерджентное поведение, похожее на то, что мы видели у червей».
Вы можете ознакомиться с новым исследованием «Коллективная динамика запутанных червей и роботов», опубликованным в PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences.