Поведение насекомых при спаривании может помочь в разработке дронов

Самцы бабочек находят самок, ориентируясь по их феромонному (запаховому) шлейфу, часто пролетая сотни метров. Для этого используются две стратегии: сначала найти внешнюю границу шлейфа, а затем двигаться против ветра.

Исследование энтомологов с использованием компьютерного моделирования показывает, что такое поведение насекомых может быть полезно для робототехники, в частности для беспилотных летательных аппаратов (дронов), ищущих в небе целевые запахи.

Учёные смоделировали распространение шлейфов и стратегии полёта насекомых. Их модель частично основана на наблюдениях за поведением непарного шелкопряда в лесах и в экспериментах в аэродинамических трубах. Компьютерное моделирование позволило протестировать множество условий, которые невозможно наблюдать непосредственно в полевых условиях.

Симуляции показывают, что оптимальные стратегии для роботизированных аппаратов (воздушных или наземных), запрограммированных на обнаружение запахового шлейфа, не обязательно должны включать определение направления ветра для построения пути поиска.

"Наши симуляции показывают, что случайные блуждания — движение в случайном направлении относительно ветра с периодической сменой курса — создают наиболее эффективные пути для первоначального обнаружения шлейфа и, как следствие, повышают вероятность того, что мотылёк найдёт его источник", — сказал Ринг Карде, заслуженный профессор энтомологии Калифорнийского университета в Риверсайде, чья лаборатория возглавляла исследование. "Такие стратегии с наибольшей вероятностью приводят к контакту со шлейфами. Этот вывод соответствует нашим предыдущим полевым наблюдениям за поисковыми полётами бабочек и также предполагает, что предыдущие теоретические исследования, предлагающие конкретные направления движения относительно ветра, такие как смещение поперёк ветра, не являются оптимальными, как предполагалось ранее. Наши симуляции показывают, что пути, направленные по ветру, наименее успешны".

Карде пояснил, что в модели, как только запаховый шлейф обнаружен, виртуальная бабочка прокладывает курс против ветра к источнику запаха.

"Этот процесс хорошо изучен у летающих насекомых, таких как мотыльки, мухи и комары, — сказал он. — Но сначала шлейф нужно найти, и лучшие правила для эффективной поисковой стратегии — найти его быстро с минимальными энергозатратами — ранее установлены не были".

Одним из применений этой работы может быть использование воздушных дронов для поиска источников запахов, например, загрязняющих веществ. Такие дроны могли бы имитировать естественные траектории ориентации насекомых, ищущих запахи.

Результаты исследования опубликованы в журнале Integrative and Comparative Biology.

Исследователи моделировали группы из 100 виртуальных бабочек, которые одновременно и независимо ищут запаховый шлейф в безграничной области, воспроизводящей естественные условия ветра. Модель создаёт меняющееся направление ветра и прерывистую структуру естественных запаховых шлейфов.