Орган чувств рыбы - ключ к улучшению навигационных навыков подводных роботов

Ученые из Бристольского университета изучали орган чувств рыб, чтобы понять сигналы для коллективного поведения, которые могут быть использованы в подводных роботах.



Эта работа была сосредоточена на органе чувств боковой линии у африканских цихлид, но встречается почти у всех видов рыб, который позволяет им чувствовать и интерпретировать давление воды вокруг себя с достаточной остротой, чтобы обнаружить внешние воздействия, такие как соседние рыбы, изменения в потоке воды, хищники и препятствия.



Система боковых линий в целом распределена по голове, туловищу и хвосту рыбы. Она состоит из механорецепторов (нейромастов), которые находятся либо в подкожных каналах, либо на поверхности кожи.



Ведущий автор исследования Эллиотт Скотт с кафедры инженерной математики Бристольского университета пояснил: «Мы пытались выяснить, играют ли различные участки боковой линии – боковая линия на голове и боковая линия на теле, или различные типы сенсорных единиц боковой линии, такие как те, что на коже, и те, что под ней, различную роль в том, как рыба способна чувствовать окружающую среду через показания давления окружающей среды».
«Мы сделали это новым способом, используя гибридных рыб, что позволило создать естественную генерацию вариаций».



Они обнаружили, что система боковых линий вокруг головы оказывает наиболее важное влияние на то, насколько хорошо рыба способна плавать в косяке. При этом наличие большего количества сенсорных единиц боковой линии, нейромастов, которые находятся под кожей, приводит к тому, что рыба плавает ближе друг к другу, в то время как большее количество нейромастов на коже приводит к тому, что рыба плавает дальше друг от друга.



В ходе моделирования исследователи смогли показать, что механизмы, лежащие в основе работы боковой линии, применимы не только к крошечным чешуйкам, встречающимся у настоящих рыб, но и к более крупным чешуйкам. Это может вдохновить на создание нового типа легко изготавливаемых датчиков давления для подводной робототехники, особенно роевой робототехники, где стоимость является важным фактором.



Эллиотт сказал: «Эти результаты дают лучшее понимание того, как боковая линия определяет поведение рыбы при отталкивании, а также способствуют созданию новой конструкции недорогого датчика давления, который может быть полезен для подводных роботов, которым приходится ориентироваться в темной или мутной среде».



Теперь команда планирует продолжить разработку датчика и интегрировать его в роботизированную платформу, чтобы помочь роботу ориентироваться под водой и продемонстрировать его эффективность.



Исследования для данной статьи финансировались Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам (EPSRC), Исследовательским советом по биотехнологиям и биологическим наукам (BBSRC) и Программой пограничных исследований человека (HFSP).

University of Bristol