Чувства птиц могут улучшить навигацию дронов

Южноамериканские гуахаро (масляные птицы) сочетают эхолокацию и чрезвычайно чувствительное зрение для ориентации в тёмных пещерах. Расшифровка этого механизма может помочь в разработке автономных дронов.

Закон требует, чтобы дроны работали в пределах видимости пилота, что ограничивает их использование в условиях плохой видимости (туман, дым) и не позволяет раскрыть их полный потенциал, например, при мониторинге или в чрезвычайных ситуациях.

Активное сенсорное восприятие и биомиметика

Большинство сенсорных систем пассивны. Эхолокация — одно из немногих исключений: животное само зондирует окружение, испуская сигналы и интерпретируя отражённое эхо.

Летучие мыши: непризнанные короли эхолокации

Летучие мыши — эксперты по эхолокации, использующие ультразвук для обнаружения объектов размером в несколько миллиметров. Однако их биосонар — результат 65 миллионов лет эволюции, включающий сложные уши и специализированные отделы мозга, что трудно воспроизвести в робототехнике.

Гуахаро: жир, завёрнутый в перья

Гуахаро (масляные птицы) — ночные плодоядные птицы отряра козодоеобразных, обитающие в пещерах тропических лесов Южной Америки. Их вес достигает 400 г, а размах крыльев — почти одного метра, что позволяет им зависать в воздухе. При этом они не могут удерживать равновесие на узких уступах, где строят гнёзда в полной темноте.

Эхолокация, адаптированная к условиям освещённости

Исследования показали, что гуахаро, подобно летучим мышам, используют эхолокацию для навигации в тёмных пещерах, но охотятся с помощью зрения, которое может быть самым чувствительным среди позвоночных.

Недавние полевые исследования с использованием нескольких микрофонов позволили впервые измерить интенсивность их сонарных сигналов. Выяснилось, что птицы активно адаптируют громкость сигналов в зависимости от уровня освещённости: излучают менее интенсивные сигналы при хорошем свете (например, в полнолуние) и увеличивают громкость в безлунные ночи.

Это указывает на то, что они увеличивают дальность эхолокации, когда хуже видят. Взаимодействие двух сенсорных систем (зрения и слуха) оптимизирует их навигацию в меняющихся условиях.

Гуахаро проще имитировать, чем летучих мышей

В отличие от летучих мышей, гуахаро используют эхолокацию без больших наружных ушей, ультразвука или известных неврологических специализаций слуха. Это делает их более подходящей моделью для биомиметических исследований с целью улучшения навигационных технологий дронов.

Что дальше?

Следующий этап — установка на птиц небольших «рюкзачков» с микрофонами и записывающей аппаратурой. Это позволит детальнее изучить, что птицы слышат и как адаптируют своё поведение и эхолокационные сигналы к получаемым световым и звуковым данным в естественной среде.

В долгосрочной перспективе эти результаты, дополненные нейрофизиологическими данными, могут быть преобразованы в алгоритмы. Это повысит точность, производительность и автономность дронов, освободив их от ограничений по дальности и видимости для пилота.