Роботизированные цветы помогли раскрыть секреты ночных мотыльков
С точки зрения человека обнаружить маленький цветок в ночном поле не очень-то просто, однако ночные мотыльки с лёгкостью справляются с этой проблемой.
Саймон Спонберг (Simon Sponberg) из Технологического института Джорджии в Атланте и его команда решили раскрыть секрет ночного видения бражников табачных (Manduca sexta). Для этого они использовали роботизированные искусственные цветы, изготовленные методом 3D-печати, а также высокоскоростные инфракрасные камеры.
Изменяя скорость горизонтального движения этих цветов и уровни яркости света, команда испытывала способность мотыльков размером с колибри различать источник пищи в разных условиях освещённости.
"Всегда интересно выяснить, как животные справляются со своими задачами в сложных условиях, – говорит Спонберг. – Мы уже знали, что мотыльки, питающиеся нектаров цветков в сумерках, ночью и на рассвете, используют специализированные структуры глаза, чтобы увеличить количество воспринимаемого света".
Исследователи, основываясь на математических расчётах, ранее уже предполагали, что мозг ночных мотыльков замедляет работу, что позволяет зрительной системе получать информацию подобно длинной экспозиции в фотокамере (затвор открыт дольше обычного, в результате чего на матрицу попадает больше света).
Однако данная стратегия могла бы привести к размытию изображения, что ухудшило бы способность обнаруживать быстрое движение во время ветреных ночей, предположили американские специалисты. Тогда насекомые не смогли бы эффективно "держаться" возле цветка во время питания нектаром и следовать его движениям на ветру.
Исследователи изучили движение реальных цветков в поле на ветру. Затем они сымитировали их колебания с помощью двигающихся с разной скоростью роботизированных цветов.
Используя высокоскоростные инфракрасные камеры учёные проследили за тем, как мотыльки при разном освещении держат свои хоботки в искусственных цветках, выдающих сладкий раствор.
Если бражники замедляют действие нейронов своей зрительной системы при плохой видимости, то в условиях эксперимента должна наблюдаться задержка в их действиях. И, действительно, учёные обнаружили, что отставание имеет место в данном процессе.
Учёные говорят, что знание о том, как мотыльки видят в темноте и реагируют на движение, в один прекрасный день может помочь при создании подобных животным роботов, имеющих встроенную систему ночного видения.
Если учесть, что в эксперименте цветки двигались со скоростью 20 колебаний в секунду (куда чаще чем в природе), а взмахи крылышек у насекомого происходят 25 раз в секунду, то получается, что на каждый взмах крылышек приходится изменение положения цветка. Кажется, что насекомое легко парит в воздухе, а на самом деле оно совершает серию непростых подстроек, требующую слаженной работы сенсорной и двигательной систем.
Научная статья группы Спонберга была опубликована в журнале Science.
В дальнейшем учёные хотят поместить цветок и мотылька в небольшую аэродинамическую трубу, чтобы изучить потоки воздуха, окружающие крылышки насекомых. Это поможет ещё лучше разобраться в природном процессе, а затем на основе этих знаний построить эффективно работающее механическое насекомое.