I přestože disponuje hmyz mozkem nepatrných rozměrů, připomínajících velikost špendlíkové hlavy, jeho navigační schopnosti jsou předmětem obdivu a zájmu celé vědecké komunity. Tyto miniaturní organismy se s elegancí dokáží vyhýbat překážkám a proplétat se skrze úzké prostory bez zjevných potíží. To samozřejmě v mnohých vyvolává otázku: Jak je možné, že s tak omezenými kognitivními zdroji dosahuje hmyz takových výsledků? Průlomové poznatky fyziky Elisabetty Chicca z Univerzity v Groningenu naznačují, že zkoumání mozku hmyzu může přinést klíč k vývoji energeticky účinnějších výpočetních systémů. Chicca představila robotický model, který napodobuje chování hmyzu, a otevírá tak nové perspektivy v oblasti robotiky.
Základem navigace hmyzu je jejich schopnost interpretovat vizuální informace a přizpůsobit své pohyby – let či chůzi – podle změn v okolním prostředí. Chicca tuto schopnost ilustruje na analogii jízdy vlakem, kde objekty blíže k oknu překonávají naše zorné pole rychleji než ty vzdálenější. Hmyz využívá tuto relativní rychlost objektů k odhadu vzdálenosti a navigaci ve svém prostředí. Tento princip je jednoduchý, avšak významně efektivní, zejména v komplexních situacích, kde hmyz upravuje svůj let tak, aby se střídal mezi přímými úseky a zatáčkami, čímž si udržuje úkoly řešitelné i s omezenou mozkovou kapacitou.
Strategické manévrování hmyzu mezi překážkami
Jinými slovy, když hmyz letí, neprovádí neustále složité manévry nebo nepřetržitě mění směr. Namísto toho se jejich let typicky skládá z kombinace přímých úseků a zatáček. Tento způsob navigace jim umožňuje zjednodušit způsob, jakým zpracovávají vizuální informace a rozhodují o svém pohybu, čímž si usnadňují orientaci ve složitém prostředí.
Příkladně, pokud hmyz narazí na překážku, místo aby prováděl složité výpočty potřebné k okamžitému určení optimální cesty kolem ní, může jednoduše změnit směr letu na přímou trasu, dokud nenarazí na další překážku, a pak opět změnit směr. Tento přístup redukuje množství informací, které musí jejich mozek zpracovat, a umožňuje jim efektivně se pohybovat bez potřeby vysoké mozkové kapacity.
Tato strategie je efektivní zejména v komplexních prostředích, kde by neustálé vyhýbání se překážkám a složité navigační rozhodování vyžadovalo výrazně více kognitivních zdrojů, než s jakými hmyz disponuje. Tímto způsobem hmyz demonstruje, jak mohou i s omezenými mozkovými kapacitami efektivně navigovat v různorodých a náročných prostředích.
Obrázek 1 – DALL-E 3: Robotický hmyz
Vývoj malého hmyzího robota
V rámci tohoto výzkumu doktorand Thorben Schoepe pod vedením Chicca vyvinul model neuronální aktivity a malého robota, jenž tento model využívá k navigaci. Inspirace v neuronálních mechanismech hmyzu přispěla k identifikaci výpočetních principů, které jsou klíčové pro efektivní pohyb v prostoru. Schoepův robot demonstruje, že v případě omezených zdrojů je možné složité problémy zjednodušit specifickým chováním.
Snížení energetických nákladů se zachováním funkčnosti
Přístup, který Chicca a její tým zvolili, odhaluje nový směr v oblasti robotiky, kde efektivita není obětována ve jménu flexibility. Na rozdíl od současných trendů ve strojovém učení, kde roboti a počítačové systémy se učí nové úlohy postupně, hmyz se rodí s pevně zakódovanými navigačními schopnostmi, což představuje mimořádně efektivní strategii přežití.
Chicca nadále zdůrazňuje potenciál pro vývoj specifického hardwaru, který by integroval principy neuronální aktivity hmyzu, čímž by se dosáhlo významných úspor v energetické náročnosti a miniaturizaci počítačových systémů. Představení čipu, menšího než běžná klávesa na klávesnici, ukazuje na možnost realizace takového přístupu v praxi. Tento inovativní přístup by mohl vést k vývoji počítačů a robotů, které jsou nejen energeticky efektivnější, ale také schopné vykonávat úkoly s podobnou obratností a efektivitou, jakou předvádí hmyz.
Shrnutí
- Hmyz s malými mozky demonstruje úžasné navigační schopnosti, inspirující vývoj energeticky efektivní robotiky.
- Elisabetta Chicca ukázala, že modelování mozku hmyzu může vést k lepší robotické navigaci a energetické účinnosti.
- Robot, vyvinutý na základě neuronálních principů hmyzu, efektivně naviguje v komplexních prostředích, napodobuje přirozené chování.
- Výzkum naznačuje potenciál pro vývoj specifického hardwaru, který by zjednodušil a zefektivnil robotické systémy v malých rozměrech.
Zdroj:
- ScienceDaily. (2024, February 12). Why insects navigate more efficiently than robots. ScienceDaily. https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240212133153.htm
