Беспилотники освоят мурмурацию

«Отчего люди не летают? Отчего люди не летают так, как птицы?». Вызубренный в школе монолог Катерины из пьесы Александра Островского «Гроза» впору вспомнить, наблюдая за таким природным феноменом, как мурмурация. Ученые до конца не разгадали, зачем пернатые сбиваются в стаи и на огромной скорости в полете создают причудливые фигуры. Интересно, и как это у них получается. Но очевидно: механизмы поведения птиц могут найти практическое применение и в нашей, человеческой, жизни.

Ранней весной перелетные птицы начнут возвращаться с зимовки и наверняка продемонстрируют свое умение. Понаблюдайте за ними. Чаще других мурмурацией любят заниматься скворцы. Нередко практикуются в этом стрижи, ласточки, зяблики, кулики, даже утки и волнистые попугайчики. Скопления некоторых особей насчитывает миллионы. Пернатые развивают скорость до 50 км/час, но не сталкиваются в небе. Иногда сходятся две стаи. Они пролетают друг сквозь друга, и ни одна птица не задевает другую. Слышен лишь шелест крыльев, похожий на бормотание, - именно этот звук в переводе с латыни и обозначен словом «мурмурация».

Но с чего пернатым вдруг приспичило выписывать кульбиты в небе? Есть несколько версий.

Уклоняются от преследователей. В случае опасности те же скворцы опускают крылья и резко меняют направление. Точно так же косяк мелких рыбок сворачивает вбок при виде акулы или крупной рыбы. От бесконечного мельтешения у хищника голова идет кругом, и он не успевает зафиксировать конкретную мишень. Так работает «эффект разбавления»: в стае снижается вероятность того, что отдельная птица станет добычей. Чем больше группа, тем быстрее она реагирует на опасность.

Пугают хищников. Были предположения, что между членами стаи существует ментальная связь, подобие коллективного разума. Не сговариваясь, они выстраиваются в виде гигантской птицы, чем наводят ужас на своих оппонентов. Увы, этот миф. Монстры в воздухе мерещатся только нам - кстати, способность видеть знакомые образы в случайных предметах, например, дельфина в облаке, называется парейдолией. Иногда в стае действительно угадываются какие-то фигуры, но это случайность.

Учатся коллективизации. В большой компании происходит социализация ее членов. Как вариант, мурмурация - командная игра, ритуал. Что-то вроде тимбилдинга.

Ставят на крыло. Не исключено, что взрослые птицы таким образом учат молодняк летать. Но неопытные птенцы выбивались бы из стаи, поэтому сомнительно.

Греются. Возможно, пернатые используют воздушные танцы, чтобы привлечь к месту ночевки как можно больше сородичей и сохранить тепло в прохладные ночи. Хотя тоже не факт: интенсивность мурмурации слабо зависит от температуры воздуха.

Просто играют. Животные, как и люди, любят побеситься. Возможно, это птичий тыгыдык перед сном. А то и свадебно-танцевальное шоу.

Хроника пикирующих

А теперь главное: как птицам удается идеально держать строй и действовать абсолютно синхронно? Чтобы узнать, что происходит внутри мурмурации, исследователи снимают ее на несколько видеокамер, а затем создают 3D-модели стаи. Орнитологам помогают добровольцы - бердвочеры. Общими усилиями они выяснили:

• о координации. Птицы краем глаза видят движение как минимум семи соседей и тут же поворачивают вместе с ними, выдерживая дистанцию. Изменения в одной группе быстро передаются другим, и вся стая начинает перестраиваться. Кто задает направление, пока не ясно, возможно, его выбор случаен;
• о плавности движения. Птичий глаз моментально реагирует на цветовой сигнал - гораздо быстрее, чем человеческий. Именно поэтому, например, пернатых так трудно поймать. Они способны быстро менять траекторию полета, не выбиваясь из стаи.
• о маневрировании. Птицы внутри мурмурации расположены не хаотично и имеют место для маневра. Они летят ближе к боковым соседям, чем к тем, что находится спереди и сзади. Специалисты выяснили, что отдельная особь при перемещении ориентируется на три зоны:

1. притяжения - участок до ближайшей птицы спереди;
2. отталкивания - участок, где возможно столкновение с соседями, летящими по своим «полосам»;
3. углового выравнивания - группа из тех самых семи соседних птиц, которые служат ориентиром для направления полета.

Выйти из тени

Некоторые ученые полагают: птицы в мурмурации стремятся поддерживать такую плотность, при которой они могут собирать информацию из своего окружения. А для этого им нужна прозрачность: свет должен пробиваться сквозь стаю к каждому ее члену, причем под разными углами. Структура из темных и светлых пятен и обеспечивает пернатых необходимыми сведениями. Причем какую бы форму ни принимала стая, свет через нее падает на каждую особь со всех сторон.

Специалисты построили компьютерную модель мурмурации и подтвердили: в полете каждая птичка стремится занять позицию, которая дает ей информацию обо всей стае, а не только о ближайших соседей. Широко мыслит!

Дроны повысят кучность

Способность птиц уклоняться от врага и слаженность маневров пригодились бы в использовании сверхактуальных беспилотных летальных аппаратов. Разработчики пытаются научить роботов действовать как единый организм. Например, за счет кучности и обмена информацией защититься от угрозы. Однако настроить рой дронов работать вместе, но по отдельности, как в живой природе, еще не удалось.

Пока технологии, основанные на явлении мурмурации, разрабатывают в основном военные. Но умным машинам найдется место и в мирной жизни. Например, дроны смогут слаженно действовать во время спасательных операций.

Механизм роевого поведения птиц помог бы отладить и взаимодействие беспилотных авто на дорогах. Если каждый участник движения использует текущую информацию от соседей и подстроит под нее алгоритм своих действий, он сэкономит топливо, время, избежит пробок и столкновений.

Бэтмен, как живой

Еще в 1986-м ученый-компьютерщик Крейг Рейнольдс из Массачусетского технологического института (США) придумал программу, рассчитывающую движение стаи птиц и рыб по принципу мурмурации. Разработку использовали для создания реалистичной анимации - так в фильме Тима Бертона «Бэтмен возвращается» (1992 г.) появилась стая летучих мышей.

Голова идет кругом

Сбиваться в группы и демонстрировать коллективное поведение свойственно многим животным. Про рыб мы уже вспоминали. А еще есть бабочки, саранча, комары и другие насекомые. Из млекопитающих - северные олени. Их кружение - не менее завораживающее зрелище, чем полет птиц. Проделывают они этот трюк при беспокойстве - когда одолевает гнус или чувствуя приближение волков. Следуя за вожаком, стадо, словно медитируя, приводит нервы в порядок. Внутри круга, где наиболее безопасно, идут самки и молодые животные. Олени обычно вращаются против часовой стрелки, что связано с асимметрией полушарий головного мозга. Могут бродить так по 12 - 16 часов кряду.

Электрические пчелы

У птиц мурмурация, а у пчел - роение. Медоносы, массово взмахивая крошечными крыльями и потирая иные части тела о воздух и друг о друга, даже способны генерировать электрические поля напряженностью до 1 тыс. вольт на метр. И это значение выше, чем у полей грозовых облаков или наэлектризованных пыльных бурь. Правда, молнии при этом мы не увидим - для нее нужны миллиарды вольт. Зато пчелкам такая особенность помогает находить правильные цветки. Сами-то труженицы заряжены положительно, а цветки несут отрицательный заряд и буквально притягивают их к себе.