Samuel Fabiano
As moscas ladrões são acrobacias aerodinâmicas, capazes de identificar suas presas, desviar de obstáculos e capturar pequenos insetos em alta velocidade em pleno voo. Os cientistas examinaram mais de perto como as moscas ladrões conseguem esse feito incrível, apesar de terem cérebros iguais a um grão de areia. de acordo com novo papel Publicado no Journal of Experimental Biology, as moscas combinam duas estratégias distintas para locomoção baseada em feedback: uma que envolve a interceptação de presas quando a cena está clara e outra que permite que as moscas desviem de quaisquer obstáculos em sua trajetória de voo.
Um desafio na robótica é como projetar robôs que possam navegar em ambientes lotados – algo que humanos e outros animais podem fazer instintivamente todos os dias. Segundo os autores, muitos sistemas robóticos contam com algum tipo de planejamento de caminho: usar som (sonares) ou lasers para enviar sinais e depois detectar reflexões. Esses dados podem ser usados para criar um mapa de distância do oceano.
Mas comparado ao uso de dicas visuais simples (por exemplo, “rotas interativas”), o planejamento de rotas é uma abordagem cara em termos de uso de energia. Humanos e outros animais não precisam de mapas detalhados ou conhecimento específico sobre a localização, velocidade e outros detalhes de um alvo. Simplesmente reagimos a qualquer estímulo relevante em nosso ambiente em tempo real. Assim, a criação de algoritmos comportamentais de navegação baseados em sistemas biológicos é de grande interesse para a robótica.
Estudos anteriores se concentraram na capacidade de diferentes espécies, incluindo moscas da fruta e pombos, bem como humanos, de lidar com ambientes lotados. “No entanto, nesses casos, evitar obstáculos era o único objetivo”, escreveram os autores. “Navegar em torno de um obstáculo é mais difícil quando um local específico serve como alvo, porque a aversão ao obstáculo deve ser equilibrada pelo objetivo de navegação.”
É por isso que o bioengenheiro Samuel Fabian do Imperial College London e três colaboradores da Universidade de Minnesota decidiram realizar seus próprios experimentos usando a mosca predadora (Holocephala fusca) como cobaia. As moscas ladrões foram escolhidas por causa de sua trajetória de interceptação altamente previsível para capturar presas. Os autores também escreveram que seu tamanho pequeno e comportamento relativamente rápido (a maioria dos voos leva menos de um segundo) “requer reações rápidas com esforço computacional mínimo”.
Fabiano et ai. Ele comparou o comportamento da mosca-ladrão na caça ao dos falcões, gaviões e mísseis guiados modernos. Normalmente, as moscas pegam os ladrões sentando-se em algum lugar que lhes dê uma visão clara do céu. Uma vez que uma mosca-ladrão detecta uma presa em potencial e começa a persegui-la, a mosca deve navegar para prender a presa e evitar quaisquer obstáculos ao longo do caminho, como galhos perdidos.
As moscas ladrões receberam um alvo móvel na forma de uma pequena conta refletiva prateada que foi puxada ao longo de uma linha de pesca clara com carretéis e um motor de passo. “As moscas realmente não sabiam que não eram presas reais, mesmo quando estavam tão perto.” Fabiano disse. “Se uma coisa é pequena o suficiente, parece que eles geralmente assumem que é comida.”
A armação também inclui um engate: uma fita de acetato revestida com tinta acrílica preta, na versão fina (2,5 cm) ou grossa (5 cm), que é colocada logo abaixo do trilho do alvo. “O posicionamento preciso da fita e a trajetória inicial da mosca determinam se o objeto se tornou um obstáculo na trajetória de voo e se está obscurecendo o alvo”, escreveram os autores.
Os pesquisadores registraram todos os voos em condições de campo para obter o comportamento mais natural. Em seguida, eles reconstroem digitalmente 26 lances de um ladrão que persegue a conta em movimento na presença de um obstáculo. A manobra de equipamentos aéreos tende a excitar as moscas, então esses 26 voos representam as moscas que permaneceram em seus poleiros, pois o dispositivo foi colocado ao redor em vez de voar para longe.
Resultados: Na ausência de obstáculo, as moscas ladrões mantiveram a mesma linha de visão para o talão durante toda a sua aproximação para capturar e capturar suas presas. Quando uma barra preta fina ou grossa obscurecia parcialmente a visão por breves períodos (<0,1 s), as moscas realizavam manobras evasivas para contornar o obstáculo antes de retornar à sua trajetória para interceptar. Às vezes, a mosca desvia em resposta a uma barra preta, mesmo quando a barra não obscurece sua linha de visão. E quando os pesquisadores bloquearam a linha de visão das moscas por mais de 0,1 segundo, as moscas abandonaram completamente a interceptação.
Fabiano e outros. Ele concluiu que os ladrões estavam usando uma estratégia simples de evitar obstáculos em combinação com a estratégia de interceptação padrão, que eles chamavam de co-roteamento. “Quanto mais rápido o obstáculo cresce em seu campo de visão, mais longe eles estarão” Fabiano disse. As moscas retornam ao caminho de interceptação assim que o obstáculo mencionado começa a desaparecer de vista. “Eles prestam atenção ao seu entorno, mesmo quando estão focados no alvo.”
Os autores escreveram que isso “mostra que a prevenção de obstáculos pode ser um produto de leis simples de feedback que não exigem conhecimento absoluto de distância, volume ou velocidade”, de acordo com trabalhos anteriores que mostram que leis simples de feedback também podem explicar a estratégia de interceptação das moscas. . Isso certamente se baseia em um número limitado de testes de campo, e a equipe espera realizar mais testes no futuro.
DOI: Journal of Experimental Biology, 2022. 10.1242 / JP 243568 (Sobre DOIs).
