Halak taníthatják közlekedni az önvezető autókat
Biológusokból és robotikai mérnökökből álló kutatócsoport olyan virtuálisvalóság-rendszert fejlesztett ki halak számára, amely segít megfejteni, hogyan mozognak együtt rajokban. Felfedezték a természetes „szabályozási törvényt”, amelyet a zebrahalak használnak viselkedésük összehangolására, mivel az ilyen kollektív viselkedés technológiai szempontból is előnyös lehet.
A kutatás a Science Robotics folyóiratban jelent meg, és a németországi Konstanzi Egyetem Kollektív Viselkedés Kiválósági Klaszter és a Max Planck Állatviselkedés-tani Intézet (MPI-AB) kutatóinak vezetésével készült, az Eötvös Loránd Tudományegyetem és az MIT munkatársainak közreműködésével.
A halak a koordinált mozgás mesterei. Bár rajaikban nincs vezető, az egyedek képesek formációban maradni, elkerülni az ütközéseket, és rugalmasan reagálni a környezeti változásokra. E robusztusság és rugalmasság mesterséges reprodukálása régóta kihívást jelent a mérnökök számára. A kutatók most újabb lépést tettek a megoldás felé azzal, hogy szabadon mozgó halakkal végzett kísérleteikhez virtuális valóságot alkalmaztak.
A kutatók olyan virtuálisvalóság-rendszert alkalmaztak, amely a természetes rajviselkedést utánozza. Fiatal zebrahalakat helyeztek egyesével összekapcsolt tartályokba, ahol minden hal szabadon kommunikálhatott fajtársainak virtuális leképezéseivel, azaz „avatárjaival“.
Minden virtuális hal egy valódi hal „hologramszerű” vetített másolata volt, amelyet az állatok úgy érzékeltek, mintha az velük egy térben úszna. Ez a teljesen immerzív 3D-környezet lehetővé tette a kutatók számára, hogy szabályozzák a vizuális ingereket, és megfigyeljék, hogyan reagálnak rájuk a halak. A magas szintű kontroll láthatóvá tette, milyen vizuális jelek irányítják a halakat – vagyis mi áll a rajviselkedés működése mögött, hogyan oldják meg a halak a mozgáskoordináció összetett problémáját.
A megoldás egy egyszerű szabály volt, amely kizárólag a szomszédos egyedek észlelt pozíciójára épült – nem pedig azok sebességére. „Minket is meglepett, milyen kevés információ is elég ahhoz, hogy a halak hatékonyan koordinálják mozgásukat a rajban – mondta Iain Couzin, a tanulmány vezető szerzője, az MPI-AB igazgatója, a Kollektív Viselkedés Klaszter egyik vezetője.
Annak érdekében, hogy kiderítsék, mennyire életszerű az irányítási szabály, a kutatók valódi halakon is tesztelték azt. Ehhez a VR Turing-tesztet használták, amellyel azt vizsgálják, az emberek képesek-e megkülönböztetni a valódi embert a mesterséges intelligenciától. A speciális Turing-teszt során egy valódi hal együtt úszott egy virtuális hallal, amely időnként a valós hal viselkedését követte, máskor pedig a felfedezett algoritmus vezérelte. A valódi hal nem tudta megkülönböztetni a kettőt – ugyanúgy viselkedett igazi fajtársával, mint az algoritmus által vezérelt virtuális követővel.
A kutatók az általuk felfedezett szabályt robotautók, drónok és hajók rajába is beépítették. A robotoknak azt a feladatot adták, hogy kövessenek egy mozgó célt vagy a zebrahalak algoritmusa, vagy az autonóm járművekben elterjedt Model Predictive Controller (MPC) szabályai alapján. A természetes „irányítási törvény” teljesítménye gyakorlatilag minden teszt során megegyezett a mérnökök által fejlesztett MPC-ével pontosság és energiafogyasztás terén – viszont sokkal egyszerűbb működéssel.
Oliver Deussen, a tanulmány társszerzője, a Konstanzi Egyetem informatikaprofesszora, a Kollektív Viselkedés Klaszter másik vezetője így fogalmazott: „Munkánk a robotika és a biológia kölcsönhatására hívja fel a figyelmet – a robotikát használjuk a biológiai mechanizmusok vizsgálatára, azok pedig új, hatékony irányítási stratégiákat inspirálhatnak a robotikában.”
