Опонашање мозга инсеката: корак напред у ефикасној роботици

У огромном пространству природе, неке од најдубљих инспирација долазе од најмањих створења. Инсекти, који се често занемарују због своје мале величине, у ствари су чуда навигације и ефикасности. Њихова способност да маневришу кроз сложена окружења са мозгом који није већи од главе игле дуго је интригирала научнике и инжењере. Предводник у откривању ових тајни је физичарка Елисабетта Цхицца, чија недавни радови премошћује јаз између биолошког разумевања и технолошких иновација.

Чика је кренула на путовање да дешифрује како ова сићушна створења постижу тако изузетне подвиге. Њен рад не само да баца светло на мистерије навигације инсеката, већ и утире пут за напредак у енергетски ефикасном рачунарству и роботици.

Откључавање навигације за инсекте

Инсекти, упркос својим ограниченим неуронским ресурсима, показују запањујуће навигацијске вештине. Они без напора избегавају препреке и вешто се крећу кроз најситније отворе, подвиг који годинама збуњује научнике. Суштина ове способности лежи у њиховој јединственој перцепцији света.

Цхицца у свом истраживању објашњава да је кључни аспект навигације инсеката начин на који они перципирају кретање. То је слично искуству седења у возу и посматрања пејзажа: дрвеће у близини као да се креће брже од удаљених кућа. Инсекти користе ову диференцијалну брзину кретања за мерење удаљености и навигацију. Ова једноставна, али ефикасна метода добро функционише када се крећете праволинијски. Међутим, стварни свет је ретко тако једноставан.

Инсекти се прилагођавају сложености свог окружења тако што поједностављују своје понашање. Обично лете праволинијски, скрећу, а затим настављају у другој правој линији. Чикина запажања откривају важну лекцију: ограничења у ресурсима могу се уравнотежити прилагођавањем понашања.

Пут од биолошких увида до роботских апликација је прича о интердисциплинарној сарадњи. Тхорбен Сцхоепе, студент докторских студија под Цхицциним надзором, развио је модел који опонаша неуронску активност инсеката, који је затим преведен у малог робота за навигацију.

Овај робот, који отелотворује принципе навигације инсеката, био је производ блиске сарадње са Мартином Егелхафом, реномираним неуробиологом са Универзитета Билефелд. Егелхафова експертиза у разумевању рачунских принципа инсеката била је кључна у развоју модела који је тачно опонашао њихове навигационе стратегије.

Робот'с Навигатион Феатс

Право сведочанство било ког научног модела лежи у његовој практичној примени. У случају Чикиног истраживања, роботски пандан мозгу инсекта показао је своје способности у низу сложених тестова. Најупечатљивија од њих била је навигација робота кроз ходник, чији су зидови украшени насумичним отиском. Ова поставка, дизајнирана да опонаша различите визуелне стимулусе са којима се инсекти сусрећу, била је изазован курс за било који навигациони систем.

Робот, опремљен моделом Тхорбена Шопеа, показао је невероватну способност да одржава централну путању у ходнику, што је понашање изузетно слично оном код инсеката. Ово је постигнуто усмеравањем ка областима са најмање видљивим кретањем, опонашајући природну стратегију инсеката за мерење удаљености и правца. Успех робота у овом окружењу био је убедљива валидација модела.

Иза ходника, робот је тестиран у различитим виртуелним окружењима, од којих је свако представљало свој скуп изазова. Било да се кретао око препрека или проналазио пут кроз мале отворе, робот је показао прилагодљивост и ефикасност која подсећа на његове биолошке колеге. Цхицца је закључио да способност модела да досљедно ради у различитим поставкама није само демонстрација техничке вјештине, већ одраз основне ефикасности и свестраности навигације инсеката.

Робот Тхорбена Сцхоепеа у ходнику са насумичним отиском. Фотографија Леони вон Ристок

Ефикасност у роботици: Нова парадигма

Светом роботике дуго су доминирали системи који уче и прилагођавају се кроз опсежно програмирање и обраду података. Овај приступ, иако ефикасан, често захтева значајне рачунарске ресурсе и енергију. Чикино истраживање уводи промену парадигме, црпећи инспирацију из света природе где је ефикасност кључна.

Инсекти, који су били а фокус роботике већ дуже време, рођени су са урођеном способношћу да се ефикасно крећу од самог почетка, без потребе за учењем или опсежним програмирањем. Ова 'жичана' ефикасност стоји у оштрој супротности са традиционалним приступом у роботици. Опонашајући ове биолошке принципе, роботи могу постићи ниво ефикасности који је тренутно недостижан конвенционалним методама.

Цхицца предвиђа будућност у којој роботика није само учење и прилагођавање, већ и урођена ефикасност. Овај приступ би могао довести до развоја робота који су мањи, користе мање енергије и који су погоднији за различита окружења. То је перспектива која доводи у питање статус куо и отвара нове могућности у дизајну и примени роботских система.