Ssylka

Какие принципы управляют массовым движением саранчи?

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Science, кардинально пересматривает классическую теорию коллективного поведения пустынной саранчи, чьи нашествия угрожают продовольственной безопасности и затрагивают жизнь одного из десяти человек.
Какие принципы управляют массовым движением саранчи?
Изображение носит иллюстративный характер

Классические модели, основанные на принципах теоретической физики, представляют особей как самодвижущиеся частицы, подобные магнитам, где локальное выравнивание соседей приводит к возникновению упорядоченного движения. Согласно этим представлениям, переход от хаотичного движения к синхронности должен происходить при достижении определённой плотности особей, что ранее подтверждали лабораторные эксперименты.

Команда из Кластера «Коллективное поведение» Университета Констанца, возглавляемая профессором Iain Couzin и др. Sercan Sayin, провела исследования во время вспышки саранчи в Восточной Африке в 2020 году. Профессор Couzin отмечал: «Выявление механизмов взаимодействия в подвижных группах животных крайне сложно. Отдельные особи одновременно влияют на поведение друг друга, создавая сложную сеть взаимосвязей». Доктор Sayin дополнительно пояснил: «Данный подход позволил нам тщательно проверить гипотезы о том, что лежит в основе их поведения, способами, недоступными при наблюдении за естественными роями».

Методика исследования включала полевые наблюдения, лабораторные эксперименты и инновационные испытания с использованием иммерсивных 3D-технологий, в рамках которых саранча взаимодействовала с «голографическими» виртуальными стаями. Эксперимент, в котором наблюдаемая особь размещалась между двумя виртуальными группами, движущимися в одном направлении, выявил, что вместо слепого следования потоку саранча сначала выбирает одну из групп и направляется в её сторону.

Полученные данные свидетельствуют о том, что ключевым фактором является качество когерентной визуальной информации, а не просто наличие большого количества соседей. Результаты экспериментов опровергают традиционное предположение о плотностном пороге для перехода к организованному движению. Как подчеркнул доктор Sayin: «Суть заключается не в количестве, а в качестве информации».

Новые наблюдения позволили разработать когнитивную модель, в которой саранча рассматривается не как простой следователь за движением, а как сознательный агент, способный обрабатывать сенсорные данные и принимать решения. Модель, основанная на принципах нейронауки и называемая «кольцевым аттрактором», предполагает, что нейронные представления направлений относительно соседей конкурируют, формируя динамический консенсус для определения траектории движения.

Переосмысление механизмов коллективного поведения саранчи открывает новые возможности для прогнозирования маршрутов нашествий и разработки целенаправленных мер контроля. Результаты исследования ставят под сомнение десятилетиями сложившиеся теории и предоставляют научную основу для разработки стратегий управления роями в реальном времени.

Полученные выводы позволяют применять принципы когнитивного взаимодействия не только в биологии, но и в робототехнике, искусственном интеллекте и координации автономного транспорта, способствуя развитию алгоритмов для эффективного коллективного управления в сложных динамичных системах.


Новое на сайте