De bandietenvlieg is een aerodynamische acrobaat die halverwege de vlucht zijn prooi kan vangen

Rover vliegen zijn aerobatics, in staat om hun prooi te identificeren, obstakels te ontwijken en kleine insecten met hoge snelheden tijdens de vlucht te vangen. Wetenschappers hebben nader bekeken hoe roofvliegen deze verbazingwekkende prestatie afhandelen ondanks het feit dat ze hersenen hebben die gelijk zijn aan één zandkorrel. volgens nieuw papier Gepubliceerd in de Journal of Experimental Biology, vliegen combineren twee verschillende strategieën voor op feedback gebaseerde voortbeweging: een waarbij prooien worden onderschept wanneer de scène duidelijk is, en een waarmee vliegen rond obstakels op hun vliegroute kunnen zwenken.

Een uitdaging in robotica is het ontwerpen van robots die door drukke omgevingen kunnen navigeren – iets wat mensen en andere dieren instinctief elke dag kunnen doen. Volgens de auteurs vertrouwen veel robotsystemen op een soort padplanning: het gebruik van geluid (sonars) of lasers om signalen te verzenden en vervolgens reflecties te detecteren. Deze gegevens kunnen vervolgens worden gebruikt om een ​​afstandskaart van de oceaan te maken.

Maar vergeleken met het gebruik van eenvoudige visuele aanwijzingen (bijv. “interactieve routes”), is routeplanning een kostbare benadering in termen van energieverbruik. Mensen en andere dieren hebben geen gedetailleerde kaarten of specifieke kennis nodig over de locatie, snelheid en andere details van een doelwit. We reageren eenvoudig in realtime op alle relevante stimuli in onze omgeving. Daarom is het creëren van navigatiegedragsalgoritmen op basis van biologische systemen van groot belang voor robotica.

Eerdere studies hebben zich gericht op het vermogen van verschillende soorten, waaronder fruitvliegen en duiven, evenals mensen, om drukke omgevingen aan te kunnen. “In deze gevallen was het vermijden van obstakels echter het enige doel”, schreven de auteurs. “Navigeren rond een obstakel is moeilijker wanneer een specifieke locatie als doel dient, omdat obstakelaversie moet worden gecompenseerd door het navigatiedoel.”

Dat is de reden waarom bio-ingenieur Samuel Fabian van Imperial College London en drie medewerkers van de Universiteit van Minnesota besloten om hun eigen experimenten uit te voeren met de roofzuchtige roofvlieg (Holocephala fusca) als proefpersoon. Rover vliegen werden gekozen vanwege hun zeer voorspelbare onderscheppingstraject om prooien te vangen. De auteurs schreven ook dat het kleine formaat en het relatief snelle gedrag (de meeste vluchten duren minder dan een seconde) “snelle reacties vereisen met minimale rekeninspanning”.

Fabian et al. Hij vergeleek het gedrag van de dievenvlieg bij de jacht met dat van valken, haviken en moderne geleide raketten. Meestal vangen vliegen dieven door ergens te gaan zitten waar ze een duidelijk zicht op de lucht hebben. Zodra een roofvlieg een potentiële prooi detecteert en deze begint te achtervolgen, moet de vlieg navigeren om de prooi te vangen en obstakels onderweg, zoals verdwaalde takken, te vermijden.

De dievenvliegen kregen een bewegend doelwit aangeboden in de vorm van een kleine zilverkleurige reflecterende kraal die langs een duidelijke vislijn met haspels en een stappenmotor werd getrokken. “De vliegen wisten echt niet dat ze geen echte prooi waren, zelfs niet toen ze zo dichtbij waren.” Fabian zei:. “Als iets klein genoeg is, lijkt het erop dat ze over het algemeen aannemen dat het voedsel is.”

Het frame bevat ook een trekhaak: een acetaattape bedekt met zwarte acrylverf, een dunne (2,5 cm) of dikke (5 cm) versie, die net onder het spoor van het doelwit wordt geplaatst. “De precieze positionering van de tape en het initiële traject van de vlieg bepalen of het object een obstakel in de vliegbaan is geworden en of het het doelwit verduistert”, schreven de auteurs.

De onderzoekers registreerden alle vluchten onder veldomstandigheden om het meest natuurlijke gedrag te verkrijgen. Vervolgens reconstrueren ze digitaal 26 vluchten van een dief die de bewegende kraal achtervolgt in aanwezigheid van een obstakel. Het manoeuvreren van bovengrondse apparatuur heeft de neiging om vliegen op te winden, dus die 26 vluchten vertegenwoordigen de vliegen die op hun zitstok zijn gebleven terwijl het apparaat rond werd geplaatst in plaats van weg te vliegen.

Resultaten: Bij afwezigheid van een obstakel, behielden dievenvliegen tijdens hun nadering dezelfde gezichtslijn naar de kraal om zijn prooi te vangen en te vangen. Wanneer een dunne of dikke zwarte balk het zicht voor korte perioden (<0,1 sec) gedeeltelijk belemmerde, voerden de vliegen ontwijkende manoeuvres uit om het obstakel te omzeilen voordat ze terugkeerden naar hun baan om te onderscheppen. Soms buigt de vlieg af als reactie op een zwarte balk, zelfs als de balk zijn zichtlijn niet versluiert. En wanneer de onderzoekers de zichtlijn van de vliegen langer dan 0,1 seconde blokkeerden, zouden de vliegen de onderschepping helemaal opgeven.

Fabian en anderen. Hij concludeerde dat de overvallers een eenvoudige strategie voor het vermijden van obstakels gebruikten in combinatie met de standaard onderscheppingsstrategie, die ze co-routing noemden. “Hoe sneller het obstakel in hun gezichtsveld groeit, hoe verder ze zullen zijn”, Fabian zei:. De vliegen keren terug naar het onderscheppingspad zodra het bovengenoemde obstakel uit het zicht begint te verdwijnen. “Ze letten op hun omgeving, zelfs als ze gefocust zijn op het doelwit.”

De auteurs schreven dat dit “aantoont dat het vermijden van obstakels een product kan zijn van eenvoudige feedbackwetten die geen absolute kennis van afstand, volume of snelheid vereisen”, in overeenstemming met eerder werk dat aantoont dat eenvoudige feedbackwetten ook de onderscheppingsstrategie van vliegen kunnen verklaren . Dit is zeker gebaseerd op een beperkt aantal veldproeven en het team hoopt in de toekomst meer proeven uit te voeren.

DOI: Tijdschrift voor Experimentele Biologie, 2022. 10.1242 / JP 243568 (Over DOI’s).