Ученые исследуют взаимодействие рыб с виртуальными сородичами

Ученые из Университета Констанца и их международные коллеги разработали уникальную методику: с помощью виртуальной реальности они исследовали, как рыбы координируют свои движения, и применили полученные данные для создания эффективных алгоритмов обучения роботов.

Рыбы поражают своей способностью слаженно двигаться в косяке, избегая столкновений и быстро реагируя на внешние изменения. Повторить такую гармоничную координацию робототехники мечтали давно. Команда ученых из Университета Констанца совершила прорыв. Используя VR-систему, которая позволяет рыбам свободно плавать и взаимодействовать с виртуальными сородичами, исследователи изучили механизмы передвижения у животных и теперь готовы применять их на роботах.

Эксперимент выглядел так: в специально оборудованных емкостях аквариумные рыбки плавали вместе с голограммами других рыб. При этом каждая виртуальная рыба была проекцией реальной особи из другой емкости, что создавало полностью иммерсивную 3D-среду. Такой подход дал ученым возможность точно контролировать визуальные стимулы рыб и анализировать их поведение. В ходе эксперимента выяснилось: рыбы координируются, ориентируясь исключительно на расположение соседних сородичей; скорость других рыб на взаимодействие не влияет. «Мы удивились, насколько мало информации нужно рыбе для слаженных движений в косяке», — рассказал старший автор исследования Иэн Коузин.

Чтобы проверить, насколько применим выявленный алгоритм, ученые провели «аквариумный тест Тьюринга»: реальная рыба плавала рядом с виртуальной, которая то действовала как настоящая, то управлялась алгоритмом.

Результат показал, что настоящие рыбы не замечали разницы

Источник: Unsplash / CC0

Далее алгоритм протестировали на роботизированных автомобилях, дронах и лодках. Их задача заключалась в том, чтобы следовать за движущейся целью, используя либо «рыбный» алгоритм, либо современный промышленный метод управления с прогнозирующими моделями (Model Predictive Controller). Итоги оказались впечатляющими: простейший алгоритм рыб обеспечил сопоставимую точность и эффективность, но с гораздо меньшей вычислительной сложностью.

«Эта работа демонстрирует, как биология и робототехника взаимно обогащают друг друга: мы используем роботов для изучения природы и находим в ней вдохновение для создания новых технологий», — отметил профессор Оливер Дойссен из Университета Констанца.
О том, как робототехники вдохновились тунцом, мы писали ранее.