Стрекоза-невидимка

АрхивЧеловек и Общество

Для человека наблюдение за охотой стрекоз может представлять любопытное зрелище. И кто бы мог подумать, что наблюдение за полётом каких-то насекомых может стать полезным в разработке систем наведения ракет и даже программировании поведения героев компьютерных игр?

Полагаю, что многие когда-то имели возможность наблюдать за полётом стрекозы. Стремительные и точные движения этих хищных насекомых впечатляют быстротой и совершенством своей координации. Если же быть особенно терпеливым и наблюдательным, можно даже стать свидетелем весьма занимательного зрелища – охоты этих животных. Как известно, стрекозы являются плотоядными и атакуют своих жертв – различных летающих насекомых – непосредственно в полёте.

Для обычного человека такой процесс может представлять любопытное зрелище. И кто бы мог подумать, что наблюдение за полётом каких-то насекомых может стать полезным в разработке систем наведения ракет и даже программировании поведения героев компьютерных игр? И, тем не менее, это так.

Подробное исследование техники полёта стрекоз, а также некоторых других насекомых, в частности, журчалок, показало, что во время атаки они используют своеобразную технику маскировки, которая получила название двигательного камуфляжа (motion camouflage).

Впервые механизм двигательного камуфляжа у насекомых был обнаружен исследователями Дейви и Сринивасаном (Davey, Srinivasan) в 1995 году. Они охарактеризовали его как "стратегию маскирования, которая позволяет хищнику (невидимке) скрывать своё действительное местоположение во время приближения к жертве".

Суть такой маскировки заключается в том, что во время приближения к жертве хищник движется по такой траектории, что его изображение, регистрируемое жертвой, создаёт у последней иллюзию удалённого неподвижного объекта на фоне определённого окружения. Достигается это благодаря тому, что в каждый текущий момент движения жертвы хищник продолжает оставаться на фоне своего исходного местоположения, в то же время постоянно сокращая расстояние к цели. Полагаю, более понятным этот процесс станет при рассмотрении рисунка.

Движение жертвы обозначено простыми точками, движения атакующего хищника – точками с черточкой. На левой схеме хищник преследует жертву, которая движется по неправильной траектории (что более характерно для естественных условий), справа – траектория полёта хищника при преследовании жертвы, движущейся по простой дуге. Заметьте: в каждый конкретный момент хищник находится на прямой, соединяющей жертву и некую фиксированную точку (начало полёта хищника).

Таким образом, если стрекоза, охотясь на мотылька, стартует с ветки и движется вышеуказанным способом, то нервная система жертвы будет всё время воспринимать её изображение как некую [неподвижную] часть пейзажа. В результате ЦНС незадачливого мотылька будет молчать, пока хищник не приблизится на достаточное расстояние, которое, при недостаточной прыти преследуемого, может оказаться уже критически малым.

Закономерно, что для того, чтобы оставаться неподвижным в глазах жертвы, от преследователя требуется значительная слаженность работы анализаторов и двигательной системы. Учёные попытались смоделировать движения хищника, который использует технику двигательного камуфляжа. Программы-симуляторы показали, что для того, чтобы двигаться по правильной траектории, вполне достаточно информации только о местоположении жертвы относительно хищника и нет необходимости следить за той самой фиксированной точкой (по данным NewScientist).

Двигательный камуфляж является одним из случаев того, что мы называем зрительным обманом или иллюзией (один из примеров зрительной иллюзии можно наблюдать на картинке: а вы видите лошадей?). Явления такого типа являются результатом неадекватной интерпретации нервной системой информации, поступающей от рецепторов.

Учёные-биологи Эндрю Андерсон (Andrew Anderson) и Питер МакОвен (Peter McOwan) из Колледжа королевы Марии Лондонского университета, Великобритания, задались целью исследовать, насколько эффективно реагирует на двигательный камуфляж нервная система человека.

Для этого был создан игровой симулятор, в котором исследуемый играет роль жертвы, движущейся по прямой линии сквозь тоннель. На стенах тоннеля находятся "пусковые установки", которые испускают "снаряды", движущиеся по различным траекториям по направлению к играющему. Задача игры проста: необходимо как можно быстрее "сбить" приближающиеся "ракеты" до того, как они достигнут своей цели. "Пусковые установки" неподвижны и, как и "ракеты", изображены в виде белых точек.

Кроме техники "двигательного камуфляжа", условные снаряды двигались также по принципу "на перехват" (по прямой от точки запуска до некой точки на пути движения цели), а также аналогично тому, как двигаются "теплонаводящиеся" снаряды, которые преследуют объект, ориентируясь на излучаемое им тепло (например, струю воздуха из турбин истребителя).

Результаты показали, что среднее расстояние, на которое смогли приблизиться "снаряды", использующие технику двигательного камуфляжа, было на 37 % меньше такового теплонаводящихся ракет и на 52 % - ракет, атакующих "на перехват". Отсюда вывод – нервная система человека также уязвима при реагировании на объекты, использующие рассматриваемую технологию приближения.

Исходя из сказанного, принцип двигательного камуфляжа, обнаруженный у насекомых, может найти применение при разработке систем наведения ракет, поражающих движущиеся объекты, защищённые противоракетными системами.

Эндрю Андерсон отмечает, что особенно эффективным двигательный камуфляж должен быть при одновременной атаке цели несколькими снарядами, движущимися по одной траектории один за другим. Как правило, радарные системы и инфракрасные датчики способны запеленговать лишь первый из снарядов, а поскольку они движутся цепочкой, "цель не сможет знать, сколько ракет движется вслед за первой".

Кроме того, был предложен также способ "ослепления" инфракрасных сенсоров. Для этого необходимо, чтобы ракета состояла из двух ступеней: задняя, отделяясь и детонируя на небольшом расстоянии до цели, создаст мощный тепловой "шум", на фоне которого оставшаяся ступень будет малозаметной для датчиков (так, как если бы она двигалась на фоне солнца).

Британское Министерство обороны уже заинтересовалось технологией.

Также предлагается использовать принцип двигательного камуфляжа при программировании ботов для компьютерных игр.

Источники:
http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99993870
http://www.dcs.qmul.ac.uk/~aja/motion_cam.html