Ястреб приземлился: торможение в воздухе для приоритета безопасности над скоростью и энергией
Исследователи из Оксфордского университета выяснили, что ястребы контролируют свой полёт, чтобы обеспечить максимально безопасные условия при посадке на насест, даже если это требует больше времени и энергии. Понимание того, как птицы оптимизируют свои манёвры посадки через обучение, может помочь в разработке небольших летательных аппаратов, способных садиться на насест, как птицы.
В новом исследовании, опубликованном в Nature, четыре ястреба Харриса с крошечными светоотражающими маркерами летали между двумя насестами. Их точные движения фиксировались 20 камерами захвата движения, что позволило реконструировать более 1500 полётов. Затем с помощью компьютерного моделирования команда выяснила, почему птицы выбирают именно такую траекторию.
Самолёты могут использовать взлётно-посадочную полосу для торможения после посадки. Птицы же должны затормозить до прибытия на насест. Однако замедление до безопасной скорости в полёту грозит сваливанием — внезапной потерей управления. Исследователи обнаружили, что ястребы следуют траектории, которая замедляет их до безопасной скорости, но минимизирует расстояние до насеста в момент сваливания.
Чтобы минимизировать риск сваливания, ястребы пикировали вниз с активными взмахами крыльев, а затем переходили в планирующую позу с расправленными крыльями, совершая финальный подлёт к насесту. Выбирая идеальную скорость и позицию для этого подлёта, птицы оказывались уже в пределах досягаемости насеста в момент сваливания, делая посадку максимально безопасной и контролируемой.
«Мы выяснили, что наши птицы не оптимизировали ни время, ни энергию. Их траектории не были ни самыми короткими, ни самыми экономичными для перелёта из точки А в точку Б. Вместо этого они сокращали расстояние до насеста в момент сваливания и справлялись с этим даже лучше, чем наша упрощённая компьютерная модель», — сказала соавтор работы доктор Лидия Франс.
«Три молодые птицы сначала летали напрямую, активно махая крыльями, но вскоре переняли характерное для опытных особей манёвренное поведение с подлётом», — объяснил соавтор доктор Марко КляйнХеренбринк.
Посадка — критический манёвр, а сваливание стало причиной многих авиакатастроф. Изучение того, как птицы решают проблему безопасной посадки, может помочь найти новые биоинспирированные решения для технологий, включая небольшие летательные аппараты.
Понимание того, как птицы обучаются сложным моторным задачам, также может помочь в развитии искусственного интеллекта (ИИ). Инженерам требуются сотни часов проб и ошибок для решения задачи посадки на компьютерных моделях. Ястребы же находят оптимизированное решение за несколько полётов, демонстрируя разрыв между естественным и искусственным интеллектом.
«Технология захвата движения позволила нам анализировать тысячи полётов и задавать вопросы, которые раньше были невозможны. Это открывает захватывающую возможность понять, как животные обучаются сложным моторным задачам, и революционизировать подход к обучению роботизированных систем», — сказал старший автор профессор Грэм Тейлор.