Rajintelligencia és rajkutatás virtuális valósággal: Német tudósok sáskarajokat elemeznek – Kép: Xpert.Digital
A VR Research új struktúrákat tár fel a szöcskékben
Áttörés a Grasshoppers -ben: A hosszú távú elméletek megcáfoltak
A sivatagi szöcske félelmetes hírnevet szerzett a bibliai időkben. Legfeljebb 50 millió ember rave esetén az ilyen típusú rovarok pusztító károkat okozhatnak azáltal, hogy teljes területeket fogyasztanak, és ezáltal veszélyeztetik a táplálkozási biztonságot. A Konstanz Egyetem és a Max Planck Biológiai Biológiai Intézet kutatói most úttörő ismereteket szereztek ezen rajok szervezéséről, és sok évig megcáfolták az elméleteket. Az innovatív virtuális valóság technológiájának segítségével a tudósok bebizonyították, hogy a szöcske raj alapvetően különbözik a korábban feltételezett. Ez a „Science” neves speciális folyóiratban közzétett tanulmány fejjel lefelé fordítja a korábbi magyarázó modelleket, és fontos betekintést nyújt, amely hozzájárulhat a szöcskék jobb előrejelzéséhez és harcához.
Alkalmas:
A szöcskék jelensége és globális jelentése
A sivatagi sáskák (Schistocerca gregaria) az állatvilág kollektív viselkedésének legimpozánsabb példái közé tartoznak. A röpképtelen fiatal rovarok, az úgynevezett nimfák, kezdetben ülő életmódot folytatnak. Bizonyos körülmények között azonban hatalmas rajokba tömörülnek, és vándorolni kezdenek – nem céltalanul, hanem összehangolt mozgásban, mintha központilag irányítanák őket. Ezek a hatalmas rovarközösségek akár 50 millió egyedből is állhatnak, így bolygónk egyik legnagyobb állatközösségévé válnak.
Az ilyen szöcskék hatása pusztító. A kutatók szerint világszerte minden tizedik ember megélhetését fenyegetik. Ennek egy konkrét példája a hatalmas szöcske pestis az Afrika szarván 2019 és 2020 között, amely elpusztította a mezőgazdasági termelést és éhínséget váltott ki. Az ilyen rajkok kialakulásához és mozgásához vezető mechanizmusok tudományos kutatása tehát nemcsak elméleti érdeklődésre számot tart, hanem jelentős gyakorlati jelentőséggel bír a globális táplálkozási biztonság szempontjából.
Az előző elmélet: A Grasshoppers mint „önvezérelt részecske”
A szöcske kollektív viselkedését évtizedek óta magyarázzák az elméleti fizika fogalmának segítségével. Ebben a modellben a rovarokat „önjáró résztvevőknek” (önvezérelt részecskéknek) tekintik, amelyek a közvetlen szomszédaikra és a mozgási irányokkal igazítják. Ez az elmélet feltételezi, hogy elegendő, ha az egyének csak „sorba kerülnek” közvetlen szomszédaikkal annak érdekében, hogy az egész rajon koherens mozgást hozzanak létre.
A korábbi magyarázat másik központi eleme az volt a feltételezés, hogy az állatok sűrűsége döntő tényező a rendezetlen úszómozgás átmenetéhez. E hipotézis szerint a koordinált mozgásra való áttérés akkor kezdődik, amint elegendő állat van egy korlátozott térben. Ez az elmélet annyira meggyőzőnek tűnt, hogy évtizedek óta szokásos modellként szolgál a vadon élő állatok kollektív mozgásainak magyarázatához.
Érdekes módon az Iain Couzin által vezetett korábbi kutatás, aki szintén részt vesz a jelenlegi tanulmányban, már más meglepő ismereteket is szolgáltatott a sáskák rajzási viselkedéséről. Csapata felfedezte, hogy a kannibalizmus lehet a vándorlási mozgásuk egyik mozgatórugója – a sáskák előrehaladnak, hogy elkerüljék, hogy hátulról megegyék őket. Ez a megállapítás arra utal, hogy a puszta fizikai reakcióknál összetettebb viselkedések is szerepet játszhatnak.
Az innovatív kutatási megközelítés: A virtuális valóság feltárja a raj titkait
Annak érdekében, hogy jobban megértsük a szöcske kreditjeinek összetett interakcióit, az Iain Couzin körüli kutatócsoport a Constance Egyetem Kiválósági Klaszterének és a Max Planck Viselkedési Biológiai Intézetnek a forradalmi megközelítésről: Virtuális valóság (VR). "Mint ismert, nehéz felismerni az interakció mechanizmusait a mobil állatok csoportjaiban" - magyarázza Couzin. "Az egyének befolyásolják egymást, és a többiek viselkedése is befolyásolja, összetett kölcsönhatásban."
A probléma megoldására a kutatók egy kifinomult VR-berendezést fejlesztettek ki. Élő szöcskéket helyeztek egy futópadhoz hasonló mozgó labdára, lehetővé téve számukra a szabad mozgást. A tudósok akár 64 fotorealisztikus virtuális szöcskét is kivetítettek maguk köré, így a valódi rovarok azt hitték, hogy természetes rajban vannak. Ez az innovatív módszer lehetővé tette a kutatók számára, hogy pontosan szabályozzák, milyen információkhoz férhet hozzá az élő szöcske – hány más állat van a közelében, és milyen irányba mozognak.
Egy különösen felfedő kísérletben a kutatók valódi szöcskéket helyeztek el két virtuális, három dimenziós raj között. Ez a tesztrendezés lehetővé tette számukra, hogy megvizsgálják, hogy az állatok valóban reagálnak -e közvetlen szomszédaik viselkedésére, amint azt korábban feltételezték, és egyenletes összetörésként mozognak velük.
Meglepő eredmények: Paradigmaváltás a rajkutatásban
A kísérletek eredményei meglepőek voltak, és alapvetően megkérdőjelezték az előző elméletet. A kutatók elvárásaival ellentétben a valódi szöcske nem mozogott egy nagy, egységes raj részeként ugyanabba az irányba. Ehelyett az egyik virtuális raj irányába fordultak, és kifejezetten nekik futottak.
Ez a megfigyelés megmutatta a tudósoknak, hogy az úgynevezett „optomotoros válasz” – egy veleszületett reflex, amely arra készteti a szöcskéket, hogy kövessék a mozgás érzékszervi jelzéseit – nem az összehangolt kollektív mozgás oka. Valójában a kutatók nem találtak bizonyítékot arra, hogy a szöcskék egyáltalán a szomszédaik alapján határoznák meg helyzetüket és mozgásirányukat.
"Az egyes állatok nem részecskék" - magyarázza Iain Couzin. "A szöcskéket kognitív, színészi alanyoknak kell tekintenünk, amelyek megfigyelik a környezetüket, és ezen az alapon meghozzák döntéseiket, ahova tovább mennek." A kutatók most feltételezik, hogy a raj fejlődése sokkal jobban függ az egyes szöcskéktől, mint korábban feltételeztük.
A kísérletek azt is kimutatták, hogy az állatok néha eltértek a közös pályától, még akkor is, ha mellette két raj volt, amelyek ugyanabba az irányba futottak. Ezenkívül a csoport nem talált bizonyítékot arra, hogy az egyének sűrűsége, amint azt korábban feltételeztük, a raj mozgásának kiváltó tényezője.
Gyakorlati fontosság a szöcskék elleni küzdelemben
Az új megállapítások messzemenő gyakorlati következményekkel járnak. A rajkakció és a mozgás alapvető mechanizmusainak jobb megértése elősegítheti a rovarok viselkedésének előrejelzését és a fűtartományok leküzdésére szolgáló hatékonyabb stratégiák kidolgozását.
Tekintettel arra a tényre, hogy a szöcskék minden tizedik ember megélhetését fenyegetik, a kutatás fontosságát nem szabad alábecsülni. A szöcske pestis pusztító hatása az Afrika szarvára 2019 és 2020 között, ami a betakarítási kudarcokhoz és az éhínségekhez vezetett, szemlélteti a jobb előrejelzés és a kontroll mechanizmusok sürgős szükségességét.
Annak felismerése révén, hogy a szöcskék nem csupán fizikai részecskeként működnek, hanem egyéni kognitív szereplőkként, a saját döntéssel rendelkező folyamatokkal, új megközelítések a pusztítások ellenőrzésére. Ahelyett, hogy kizárólag a nagyszabású ellenőrzési intézkedésekre támaszkodnánk, a jövőbeli stratégiák az egyes döntéshozatali folyamatok megértésére és befolyásolására irányulhatnak.
Alkalmas:
Jövőbeli kutatási utasítások és a „Kollektív vizuális számítástechnikai központja”
Az úttörő megállapítások csak a kollektív viselkedés új megértésének kezdetét képviselik. Ez a központ, amely a csoportos viselkedés kutatásának legmodernebb létesítményei közé tartozik, az állatok rajtainak megfigyelése a virtuális holografikus 3D környezetben és mozgásuk elemzésére.
Ezzel párhuzamosan Couzin csapata a térbeli döntéshozatalt is kutatja különböző állatfajoknál. A PNAS-ban nemrégiben megjelent tanulmány bemutatja, hogyan dolgozzák fel az állatok környezetük összetettségét azáltal, hogy a világot mindössze két lehetőség közötti szekvenciális döntésekre redukálják. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az alapvető geometriai elvek megmagyarázhatják, hogyan és miért mozognak az állatok úgy, ahogy – ez a megközelítés potenciálisan a sáskarajok megértésére is alkalmazható.
Új korszak a kollektív viselkedés kutatásában
A Konstanzi Egyetem tudósainak és a Max Planck Biavision Biológiai Intézetének kutatása fordulópontot jelent a vadon élő állatok kollektív viselkedésének megértésében. Az „önvezérelt részecskék” régóta megalapozott elméletének megkérdőjelezésével új perspektívát nyitnak meg, a Grasshoppers-t és más állatokat, mint egyéni döntéshozókat, akiknek kollektív viselkedése összetett kognitív folyamatokból származik.
Az innovatív virtuális valóság technológia használata bizonyult a siker kulcsa. Ez lehetővé tette a kutatók számára, hogy megfejtsék az állati kollektívak korábban áthatolhatatlan komplexitását, és alapvető betekintést nyerjenek a rajok szervezésébe. Ezek az eredmények nemcsak forradalmasíthatták a kollektív viselkedés elméleti megértését, hanem gyakorlati megoldásokat kínálhatnak a szöcskék elleni küzdelemhez, amelyek világszerte veszélyeztetik a táplálékbiztonságot.
Az Iain Couzin körüli csapat munkája, amely már elnyerte a rangos Gottfried Wilhelm Leibniz -díjat a kollektív viselkedés területén végzett kutatásáért, hangsúlyozza az interdiszciplináris kutatás fontosságát a biológia, a számítástechnika és a fizika felületén. Lenyűgözően megmutatja, hogy a modern technológiák hogyan segíthetnek bennünket a természet lenyűgöző titkainak megfejtésében, és ugyanakkor gyakorlati megoldásokat dolgoznak ki a globális problémák sürgetésére.
Alkalmas:
Az Ön globális marketing- és üzletfejlesztési partnere
☑️ Üzleti nyelvünk angol vagy német
☑️ ÚJ: Levelezés az Ön nemzeti nyelvén!
Konrad Wolfenstein
Szívesen szolgálok Önt és csapatomat személyes tanácsadóként.
Felveheti velem a kapcsolatot az itt található kapcsolatfelvételi űrlap kitöltésével , vagy egyszerűen hívjon a +49 89 89 674 804 (München) . Az e-mail címem: wolfenstein ∂ xpert.digital
Nagyon várom a közös projektünket.
