Изучение динамики косяков рыб может помочь в разработке дронов
Исследователи из Федеральной высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) изучили поведение косяков рыб, рассмотрев, как они используют энергию потока воды и самостоятельно создают турбулентность. Выводы могут помочь в разработке эффективных дронов, рассчитанных на движение в группе.
Стремясь реализовать беспилотники, способные формировать рой, ученые рассматривали коллективное поведение птиц и насекомых. Теперь же, сообщает techxplore.com, специалисты из ETH Zurich переключили внимание на рыб. Используя глубокое обучение с подкреплением, команда рассмотрели, как косяки получают энергию от течения и самостоятельно создают турбулентность. Сведения могут помочь в создании энергоэффективных роевых беспилотников.
Выводы проекта представлены в журнале PNAS.
Косяки рыб преодолевают широкие зоны течений, перенаправляя механическую энергию воды для компенсации коллективных или индивидуальных затрат. Поток меняется приливами, объектами в воде и самой фауной. Рыбы тысячелетиями адаптировались, становясь чувствительными к колебаниям механической энергии и развивая способность извлекать ее из подводных течений. В результате они научились экономить коллективные силы.
Ученым было важно понять среду, в которой перемещаются стаи.
«Есть свидетельства, что повадки рыб подстраиваются под перепады напора течения, и, в некоторых случаях, отражают сбор энергии от них, — отметили авторы. – Гидродинамическое взаимодействие также влияет движение плавников. Отдельные рыбы при этом подстраиваются под сородичей, компенсируя потери энергии от течения».
Для проверки этой теории исследователи сочетали процесс обучения с подкреплением и прямые численные модели для пар пловцов. В одном случае ведомый взаимодействовал с потоком, создаваемым лидером. Во второй модели пловцы двигались изолированно и независимо, выступая контрольным примером.
В группе ведущий-ведомый средняя скорость увеличилась на 11%, эффективность плавания – на 32%. Затраты энергии на единицу расстояния снизились на 36%.
