Kunne undersøgelse af sværmadfærd lære os, hvordan vi hjælper droner med at flyve sikkert?

Enhver, der har set en flok stære sno sig og dreje hen over himlen, har måske undret sig:Hvordan manøvrerer de i så tæt formation uden at kollidere?

"Mange typer dyr sværmer eller flokkes eller på anden måde bevæger sig på koordinerede måder, " siger Nicholas Ouellette, en lektor i civil- og miljøteknik ved Stanford. "Intet enkelt dyr ved, hvad alle andre dyr gør, alligevel bevæger de sig på en eller anden måde sammenhængende som en gruppe."

Forstå præcis, hvordan de gør dette, Ouellette siger, kan være en nøgle til at hjælpe ingeniører med at designe "flokke" af luftdroner og førerløse biler. At emulere dyresværme er attraktivt, fordi de ikke kun fungerer uden central kontrol, men de er også fejltolerante, for at bruge et ingeniørudtryk, hvilket betyder, at de hurtigt og yndefuldt kan tilpasse sig pludselige eller uventede forhold. Sværme er også modstandsdygtige ved, at de kan operere i snavsede, forstyrrede miljøer.

Så Ouellette og hans team har påbegyndt en række undersøgelser, der undersøger, hvordan dyresværme udvikler den slags selvorganiserede og selvregulerede systemer, der ville tillade enheder som droner og mobile sensorer at fungere sikkert og effektivt, uden den slags top-down kontrol, der kendetegner, for eksempel, noget som flyvekontrolsystemet.

I stedet for at undersøge stære eller andre fugle, hvilket ville være upraktisk at studere i laboratoriet på grund af den plads, de har brug for at flyve, Ouellette og hans besætning ser på ikke-bidende myg, en type flyvende insekt, der ofte findes i nærheden af ​​vand eller i skyggen af ​​træer. I modsætning til stære, hvis yndefulde formationer, kaldet mumlen, få os til at stirre op i himlen, myg summer rundt i kaotisk, skylignende masser. Men, siger Ouellette, midgesværme deler stadig fællestræk med fugleflokke og andre dyregrupper, ved, at sværmene forbliver sammenhængende uden nogen udefrakommende kontrol eller ledelse.

"Midges er så små, de er nemme at opbevare i et laboratorium, "Ouellette siger. "De myldrer ved skumring og daggry og er nemme at holde øje med med lys." I hans laboratorium, myggene lever i en plastikterning på cirka 5 fod, omgivet af højhastighedskameraer, som han bruger til at rekonstruere 3D-baner for hvert insekt-retning, acceleration - al den væsentlige kinematiske information, der er nødvendig for at karakterisere sværmbevægelser.

Arbejdet i laboratoriet giver Ouellettes team mulighed for at køre eksperimenter for at teste forskellige modeller. Holdet starter med observerede data taget fra kamerabillederne. Derefter bruger de disse data til at teste hypoteser om, hvilke slags regler der kan styre midgebevægelser. Men fordi naturlig sværmadfærd ikke giver nok information til at skelne mellem mange hypoteser, forskerne forstyrrer også sværmen ved hjælp af lys og lyd for at observere, om den virkelige sværm er påvirket, som deres foreslåede regler havde forudsagt.

Ouellette siger, at det er for tidligt at designe kunstige systemer, der opfører sig på samme måde som dyregrupper. Men hans team er ved at udvikle den slags eksperimentelle omgivelser, som andre forskere en dag kan bruge til at bygge og teste højteknologiske systemer baseret på sværmenes visdom nedefra og op i stedet for de top-down-regler, der kendetegner mange teknologiske virksomheder.

"Som ingeniører kan vi godt lide at kontrollere tingene, "Ouellette siger. "Men vi har meget at lære af insekter og andre dyr, der fungerer fint uden menneskelige kommando- og kontrolrammer."