Lot trzmiela – czyli jak uniknąć wypadku drogowego

Zdjęcie: Freepik

Czy widzieliście kiedyś niesamowity podniebny taniec szpaczych stad? Naukowcom udało się już ustalić, jak ptaki unikają zderzeń i utrzymują względny porządek. A co z owadami? Badacze przeanalizowali sposób w jaki owady unikają przeszkód i postanowili wykorzystać zdobytą wiedzę do… wyeliminowania wypadków na drogach.

Badanie ukazało się w czasopiśmie „ACS Nano”. Naukowców do analiz zainspirowała statystyka – chociaż tylko 25% wszystkich podróży samochodem odbywa się w nocy, to prawie połowa wypadków śmiertelnych ma miejsce po zachodzie słońca. Obecnie opracowane systemy unikania kolizji (CAS), które mogłyby zapobiegać tym niebezpiecznym zdarzeniom, są skomplikowane, energochłonne, ciężkie, wymagają dużo mocy obliczeniowej i aparatury radarowej. Natomiast układy analizujące obraz otoczenia źle działają po zmroku i w czasie deszczu. Z tych wszystkich powodów pojazdy autonomiczne, które mogłyby na bieżąco analizować sytuację na drodze, jeszcze nie szosują w naszych krajach.

Naukowcy poszukiwali modelu, który gwarantowałby bezpieczne poruszanie się samochodu nawet po zachodzie słońca. Okazało się, że w takie mechanizmy wyposażone jest dużo gatunków owadów: pszczoły, ważki czy szarańcze – unikają one zderzeń między sobą nawet w nocy. Wszystko dzięki temu, że mają bardzo wydajne obwody neuronowe wykorzystywane do omijania przeszkód. Naukowcy wykorzystali tę wiedzę do stworzenia nowej generacji CAS. Algorytm zaprojektowany na podstawie owadzich obwodów neuronowych przetwarza tylko jedną zmienną: rejestrowaną przez mały detektor intensywność światła reflektorów samochodu. Detektor ów nie nagrywa całego obrazu. Składa się z ośmiu światłoczułych memtranzystorów połączonych w obwód i mieści się na 40 µm². Dzięki temu urządzenie jest mniejsze i bardziej energooszczędne niż klasyczne maszyny (zużywa tylko kilkaset pikodżuli energii).

Czytaj także: Pyłek słonecznika a dręcz - obszerniejsze wyjaśnienie

Rejestracja tylko jednego parametru pozwala w warunkach nocnych na wykrywanie potencjalnych kolizji dwóch samochodów na dwie do trzech sekund przed zdarzeniem. To wystarczająco, by kierowca (lub system) mógł zareagować.

A co w przypadku wspomnianych na początku artykułu szpaków i tworzonych przez nie gigantycznych stad? Ptaki widzą z o wiele wyższą rozdzielczością niż ludzie – dzięki temu lepiej obserwują otoczenie i dostrzegają natychmiast szybkie zmiany lotu między osobnikami. Jednak kluczem do zrozumienia podniebnego tańca szpaków (zwanego murmuracją) nie jest to, jak szybko rejestrują obraz, lecz co obserwują – otóż wystarczy, że będą bacznie spoglądały na zaledwie siedmiu najbliższych sąsiadów i dostosowują do ich poczynań własne ruchy i ścieżki lotu. Chociaż wydaje się, że stado porusza się w skoordynowany sposób, to tak naprawdę obserwujący tylko siedmiu sąsiadów szpak zwraca uwagę wyłącznie na nich i na to, by nie zbliżyć się do nich zanadto, ale też aby za daleko od nich nie odlecieć, a także by trzymać się ogona ptaka, za którym podąża. Słowem – utrzymywać szyk. Wszelkie zmiany w ułożeniu siedmiu osobników od razu są rejestrowane, a ptaki dokonują odpowiedniej korekty w swoistym algorytmie lotu, stąd wrażenie falowania i skoordynowanego tańca stada.

Źródło: o owadach: naukawpolsce.pl, o ptakach: animals.howstuffworks.com