Как бражники интегрируют сенсорную и управляющую информацию

Бражник Manduca sexta размером с колибри должен парить в воздухе и отслеживать движение цветка на ветру, чтобы питаться нектаром в условиях низкой освещённости.

Учёные использовали высокоскоростные инфракрасные камеры и роботизированные цветы, напечатанные на 3D-принтере, чтобы понять, как насекомое справляется с этой сложной задачей. Исследование, поддержанное NSF и ВВС США и опубликованное в Science, показало, что мотыльки могут замедлять работу мозга для улучшения зрения в темноте, продолжая выполнять сложные задачи.

Ключевые открытия:

• Мотыльки отслеживали движение робо-цветов с частотой до 20 Гц, что значительно быстрее естественного движения реальных цветов (максимум 2 Гц).
• При этом частота взмахов их крыльев составляет около 25 Гц, то есть они корректируют направление почти с каждым взмахом.
• Замедление нервной системы для улучшения зрения в условиях низкой освещённости (которая в природе может меняться в 10 миллиардов раз) не ухудшает их способность отслеживать цветы, так как в природе цветы не движутся с такими высокими частотами, на которых этот компромисс становится заметен.

Значение для технологий:

Понимание того, как естественные системы адаптируются к широкому диапазону условий, может помочь в создании малых летающих роботов и систем машинного зрения, эффективно работающих при разном освещении.

Методология и будущие исследования:

Используя подход «суммы синусоид» из теории управления, исследователи смогли выделить, как нервная система мотылька обрабатывает информацию в зависимости от освещённости. В будущем команда планирует использовать робо-цветы, движущиеся в 2D или 3D, в аэродинамической трубе для изучения взаимодействия крыльев насекомого с потоком воздуха и цветами.