Юный техник, 2010 № 06

Ясно, почему многие птицы, особенно по осени, собираясь на зимовку в дальние края, сбиваются в стаи: вместе легче преодолеть долгий путь. Но каковы принципы организации стаи? Почему, к примеру, птицы клином летят за вожаками тысячи и тысячи километров, не отклоняясь от маршрута?

Итальянские физики, наблюдая за миллионами скворцов, которые проносятся над Римом каждую осень, пришли к выводу, что в стае нет «железной» дисциплины. В полете каждая птица обращает внимание лишь на 6–7 сородичей, летящих поблизости. При этом птицы самостоятельны. Одни уклоняются от встречи с врагами, другие преодолевают порывы ветра, третьи попутно ловят мошек. Но из их отдельных маневров чудодейственным образом складываются действия стаи в целом. Другими словами, стая птиц — это результат стремления к коллективной гармонии, которая складывается из отдельных действий каждой из них. Причем, если бы кто-то вдруг попытался указывать птицам, куда лететь, столкновения стали бы неизбежны. Стая жизнеспособна только тогда, когда каждый ее член свободен в своем поведении.

То же можно отнести к поведению отдельных рыб, плывущих в косяке. «Держись рядом с остальными, избегай столкновений, плыви в одном направлении вместе со всеми». Эти три правила обеспечивают жизнедеятельность стаи рыб — утверждают биологи. Многоглазая стая быстрее замечает опасность, а бегство множества рыб в разные стороны приводит к тому, что нападающий хищник не может сосредоточить свое внимание на одной жертве и довольно часто упускает добычу.

Иэйн Кузин из Оксфордского университета — один из ведущих европейских исследователей коллективных действий животных — сформулировал три правила, определяющих существование стаи:

1. Основная масса членов группы должна хотеть держаться вместе.

2. Некоторые особи — назовем их лидерами — должны иметь желание двигаться в известном им направлении.

3. Должен быть порядок, при котором члены группы не сталкиваются друг с другом.

Правила, согласитесь, самые простые. Но, как показало компьютерное моделирование, они достаточно эффективны. И потому ряд кибернетиков, начиная с 80-х годов прошлого века, переключились с попыток создания сложных и дорогих универсальных роботов на проектирование малых простых устройств, способных действовать сообща. И вот что у них сейчас получается.

Россыпь огоньков перемещается по игровой площадке настольного футбола. Светящиеся голубые точки движутся поначалу хаотично в полной темноте на участке примерно в полтора квадратных метра, но уже через четверть часа их движение становится осмысленным и упорядоченным. Светящиеся точки — это сигналы мини-роботов, созданных сотрудниками факультета информатики университета Штутгарта в рамках проекта, которым руководит профессор Пауль Леви.

Сегодня эти роботы на двух колесах имеют размеры 28x26x20 мм, а сама их «стая» насчитывает уже около 300 членов. И это не предел. В дальнейшем роботы будут уменьшаться в размерах, а количество членов их сообщества будет исчисляться многими тысячами.

Мини-роботы на игровом поле.

«У таких стай есть большое преимущество перед централизованными системами — они не прекращают работы при выходе из строя отдельных элементов, — поясняет Леви. — В равноправной стае исправные машины могут восполнить потери, заняв место поврежденных».

Сейчас ученые проектируют ползающие, катящиеся, ныряющие и летающие стаи роботов, которые смогут, например, помогать при устранении техногенных катастроф, наблюдать за состоянием окружающей среды, вести разведку иных миров. В мире будущего машины, взаимодействующие друг с другом, должны стать обычным явлением.

В американском космическом агентстве НАСА уже разработали стаю из 33 000 мини-роботов, которые, состыковавшись друг с другом на орбите, создадут солнечную электростанцию. Европейское космическое агентство планирует запустить в космос сеть так называемых «пикоспутников» величиной с обычный цифровой фотоаппарат каждый, которые смогут работать как один мощный телескоп.

Не удивительно, что такими проектами заинтересовались и военные. Недавно Пентагон выделил около 30 млн. долларов на разработку и производство миниатюрных искусственных роботов-насекомых для разведки.

Военные планируют получить так называемую «разумную пыль» — микрочипы с задатками искусственного интеллекта.

Рассеянные с воздуха в определенном районе, они, совместно обрабатывая информацию, будут сообщать барражирующему над ним беспилотному разведчику, сколько солдат, автомашин или танков проследовали в том или ином направлении. Заметить же таких микрошпионов практически невозможно. Не проверять же под микроскопом каждую пылинку.

Кстати…

СЛОВНО РЫБЫ В ВОДЕ…

Разработчики систем безопасности автомобилей ищут подсказки, изучая природу.