Загадка мурмурации: технология, которую дроны пытаются перенять у птиц

Мурмурация – один из удивительных феноменов живой природы. Считается, что, сбиваясь в огромные стаи, птицы отпугивают хищников и обмениваются информацией о запасах пищи. В наших краях ее можно наблюдать осенью, когда тысячи птиц сбиваются в одну огромную стаю и кружат в небе перед тем, как улететь на юг. Для науки это одна большая загадка. Непонятно, зачем птицы летят так близко друг к другу. Неясно, как многотысячная стая может мгновенно менять направление полета.

Мурмурация была смоделирована учеными на компьютере. Выяснилось, что в виртуальной модели каждая птица занимает позицию, в которой она видит всех, кто летит рядом. То есть пернатые во время полета становятся единым организмом. Но как управляется вся эта живая махина? Почему птицы в стае никогда не сталкиваются? И чем эти сведения могут быть полезны людям? На эти вопросы ответили эксперты программы "Знаете ли вы, что?" с Алексеем Иванченко на РЕН ТВ.

Как работает мурмурация?

Шоу "Мирное небо" в Санкт-Петербурге. В воздух одновременно поднялись 2 200 дронов. За несколько минут они совершили десятки тысяч мгновенных одновременных перестроений. В компании, которая устроила это грандиозное представление, признаются: идею шоу дронов подсказали птицы. А точнее – мурмурация птиц – явление скоординированного полета огромной стаи пернатых.

"Это довольно схожие эффекты и у птиц, и у дронов. Но механизмы абсолютно разные. Если у дронов это заранее продуманные траектории и придуманные программы, то у птиц это какой-то единый живой организм", - отметил руководитель проекта "Шоу дронов" Семен Лапко.

Во время мурмурации тысячи птиц сбиваются в громадные стаи и могут мгновенно и с удивительной синхронностью менять направление полета. Всего за полсекунды стая в несколько тысяч особей делает воздушное сальто и даже таранит сама себя. Но при этом птицы никогда не сталкиваются, хоть их скорость достигает 50 км в час. Мурмурация встречается не только у птиц, но и у рыб. Они сбиваются в плотный шар и тоже, как по команде, резко меняют направление движения.

"У рыб это в основном средство защиты. Когда хищник нападает на косяк, они все бросаются врассыпную, естественно, у хищника происходит мельтешение перед глазами, и он не знает, что выбрать, в результате все остаются живы", - сказал доцент кафедры зоологии и экологии Института биологии и химии МПГУ Алексей Мосалов.

Исчерпывающего объяснения того, как работает мурмурация, нет. Не ясно, например, зачем птицы и рыбы часами исполняют свой завораживающий танец, если рядом нет хищников.

"Никто не понимает, зачем это нужно птицам. Я думаю, что одним из смыслов этого действия для птиц является именно социализация, так как у любых социальных существ такое коллективное действие, в которое вовлекается каждый член стаи, присутствует", - заявил орнитолог Валентин Козлитин.

Пока ученые бьются над разгадкой феномена мурмурации, военные думают о том, как спасаться от нападения роя дронов.

Нападение роя дронов по принципу мурмурации

Огонь, дым и взрывы. Это последствия атаки беспилотников на крупнейший в мире завод по переработке сырой нефти в Саудовской Аравии. Два десятка дронов ценой в 15 тысяч долларов нанесли ущерб в сотни миллионов. Но почему военные не смогли их сбить? Дело в том, что противовоздушная оборона оказалась бессильна. Тактика роя помогает дронам избежать уничтожения средствами ПВО точно так же, как мурмурация позволяет стае птиц или рыб спастись от хищников.

"Они просто перенасытят воздушное пространство над конкретным районом, тогда никакая система противовоздушной обороны не справится с таким количеством", - отметил инженер, эксперт по беспилотным системам Денис Федутинов.

Полет одним организмом

Инженеры научили дроны подражать птицам и рыбам, позаимствовав у них сам принцип согласованных действий большого количества объектов. Однако научить рой дронов работать вместе, но по отдельности, как в живой природе, пока не удалось.

"Кто-то выполняет задачи разведки, кто-то занимается подавлением радиосигналов, кто-то ударную функцию несет. Если какой-то беспилотник выбывает из этой группы, например, он был поражен огнем противника, или же какой-то беспилотник добавляется в эту группу, то она должна реконфигурироваться - перераспределить заново между собой задачи", - утонил Денис Федутинов.

Все современные дроны либо подчиняются командам оператора, который управляет ими дистанционно, либо выполняют заранее заданную программу.

"У каждого дрона есть специальный навигационный модуль, который ему позволяет четко знать свое положение в пространстве. Есть полетное задание для каждого дрона, мы каждому заливаем его в полетный контроллер", - отметил Семен Лапко.

Мурмурация птиц устроена сложнее. Каждая особь действует самостоятельно, но подчиняется определенной задаче. Но кто ее задает, и почему эта коллективная птичья программа полета никогда не дает сбоев?

"Это самоорганизующаяся система, то есть нет управляющего центра. И большое количество неорганизованных индивидов собираются именно в организованную формацию. По этому же принципу организуются, собственно, и люди, когда большая толпа куда-то движется, действует тот же самый принцип. Нет единого диспетчера, но информация передается от одного члена к другому члену толпы", - пояснил орнитолог Валентин Козлитин.

Подводные роботы

Подводные роботы, созданные австралийскими инженерами, тоже управляются из единого центра, но уже могут действовать и самостоятельно. Пока одни члены электронной стаи измеряют температуру воды на разной глубине, другие берут пробы грунта в нескольких точках, находящихся на строго заданном расстоянии друг от друга. Как и рыбы, и птицы во время мурмурации, подводные роботы отслеживают действия друг друга визуально и координируют движения с помощью оптических сенсоров. Этот же принцип лежит в основе еще одного подводного проекта – "Блюбот".

"Рой этих дронов, которые сконструированы как самоорганизующиеся системы, сравним с поведением косяков настоящих рыб. Они могут самостоятельно принимать решение под водой благодаря тому, что визуально наблюдают подводную среду", - заявил капитан третьего ранга запаса Сергей Канищев.

Задавая параметры взаимодействия, можно собирать роботов в плотные косяки или же, наоборот, распределять их, например, для поиска подводных объектов. Военных эта технология заинтересовала тем, что позволяет создавать ложные цели, обманывая противника.

"Они могут имитировать какие-то реальные подводные объекты, которые могут использоваться как помехи для того, чтобы уйти от преследования вероятного противника", - сказал Сергей Канищев.

Боевая мурмурация

Если все дроны в группе смогут действовать сообща, но при этом автономно, как птицы во время полета, то им будут не страшны и средства радиоэлектронной борьбы.

"Именно это сделает данную группу неким единым целым, тем самым роем или той самой стаей, о которых сейчас модно говорить", - пояснил Денис Федутинов.

Пока технологии, основанные на явлении мурмурации, разрабатывают в основном военные. Но им найдется место и в мирной жизни. Например, дроны смогут слаженно действовать во время спасательных операций. В группе, но по отдельности. Однако это уже более сложная и ответственная задача, для решения которой инженеры должны разгадать загадку мурмурации. Только после этого дроны смогут как следует расправить крылья.

Инсайты инженерной мысли, история, научная аналитика и тайны нашей планеты - об этом и многом другом смотрите в выпусках программы "Знаете ли вы, что?" с Алексеем Иванченко. Каждый вторник в 23:30 на РЕН ТВ!