В недалеком будущем в распоряжении людей обязательно появятся автономные роботы, способные передвигаться, используя в качестве ориентира источник какого-либо запаха. Такие роботы могут быть использованы при поиске утечек газа из трубопроводов, поиска пострадавших, попавших в ловушку под разрушенными зданиями и для выполнения других подобных действий. В мире уже существуют организации, ведущие разработки в этом направлении, и как правило, алгоритмы систем управления такими роботами создаются с нуля, что приводит к некоторым трудностям. Ученые из Токийского университета, так же работающие над роботами-«нюхачами», решили пойти несколько иным путем, в своей работе они решили использовать принципы, взятые из живой природы. С этой целью они изготовили простого двухколесного робота, на водительское место которого была помещена бабочка тутового шелкопряда.

В качестве водителя робота ученые взяли взрослую особь бабочки тутового шелкопряда (Bombyx mori) мужского пола. Эти бабочки выполняют весьма сложный «брачный танец» в ответ на обнаружение в воздухе особых феромонов, испускаемых особями женского пола. Направляясь к бабочке-женищине, бабочка мужчина движется по сложной траектории, выполняя повороты в разные стороны, совершая на месте по нескольку поворотов и совершая другие движения.

«Несложная нервная система, простое поведение и незамысловатые движения бабочки шелкопряда, почуявшей запах своего партнера, позволяет нам проанализировать все нервные процессы на уровне от отдельно взятого нейрона и смоделировать полные алгоритмы, определяющие поведение бабочки» — рассказывает доктор Нориясу Андо (Dr. Noriyasu Ando), ученый, принимающий участие в данных исследованиях, — «На основе созданной модели поведения мы собираемся создать «искусственный мозг» и встроить его в мобильного робота, поведение которого будет полностью соответствовать поведению насекомого».

Ученые проводили исследования внутри небольшой аэродинамической трубы. Установленные в трубе вентиляторы позволяли управлять направлением движения потоков феромонов, испускаемых специальным устройством. Бабочка шелкопряда была помещена на поверхность легкого шара, изготовленного из пенопласта, который выполнял роль рулевого колеса автомобиля-робота. Передвигаясь по шару, насекомое заставляло его вращаться, оставаясь фактически на одном месте. Оптические датчики, наподобие тех, которые используются в компьютерных «мышах», измеряли перемещение шара, данные с этих датчиков служили для управления направлением движения автомобиля. Таким образом, бабочка, направляясь в сторону источника феромонов, фактически вела туда автомобиль. В ходе исследований за «руль» робота были посажены 14 особей тутового шелкопряда мужского пола, все из которых смогли привести робота непосредственно к источнику феромонов.

Интересно то, что когда ученые вмешались в управление роботом, заставив его постоянно отклоняться в сторону, бабочка своим движением компенсировала отклонение, заставив робота двигаться в нужном направлении. Также ученые вводили задержку по времени между перемещением шара-руля и реакцией робота, что позволило смоделировать задержку между сенсорным восприятием и моторной реакцией на раздражитель, которая неизбежно появится в любой искусственной системе. Это помогло им выяснить максимальное время задержки реакции, превышение которого уже не позволяло реализовать эффективное управление движением робота.

Описание проведенных исследований и их результатов были опубликованы в последнем выпуске журнала «Bioinspiration and Biomimetics».