自动驾驶汽车可以从鸟类的飞行行为中学到什么

随着我们走向未来,自驾车和无人机网络占据我们的高速公路和天空,研究人员观察了野生动物的群体行为。工程师和计算机科学家设想了一个未来,自动驾驶汽车和无人机将在高速公路和天空中航行,我们今天在鸟类,鱼类和哺乳动物的运动和迁徙过程中轻松地轻松驾驶:羚羊在非洲平原上雷鸣。

沙丁鱼在充满活力的诱饵中旋转。在傍晚的天空中椋鸟的潺潺声。大自然提供了许多动物群的例子,它们以某种方式协调它们的运动而没有明显的领导者发布命令。

“各种规模的动物,从昆虫到鲸鱼,都表现出这种集体行为,” 斯坦福大学物理学家兼土木与环境工程副教授尼古拉斯·欧莱特说 。“我的实验室正试图了解他们是如何做到的。”

他的目标是:建立一个技术框架的理论基础,有朝一日可能让自动交通工具像野外生物一样无缝移动。使用复杂的多摄像机视频图像,他可以精确地测量和跟踪一组中的每个人,例如他之前 在飞行昆虫研究中所做的 。从这些多个图像中,Ouellette可以在三个维度上重建群体,群体,学校或群体。他甚至可以计算出每只鸟的翅膀数量,以确定每只鸟的消耗能量。

现在,在自然生态学和进化论期刊上发表的一篇论文中 ,Ouellette和英国埃克塞特大学的生态学家亚历克斯桑顿描述了他们的联合发现,即成对的鸟对彼此忠诚,首先是忠诚,而不是对整个集团而言,这种在飞行中的粘合行为对整个羊群的飞行模式都有影响。稍微不同的是,羽毛的鸟儿并不完全聚集在一起。

这一发现促使人们重新评估长期以来关于群体行为的假设,这些假设可能会对机器人和无人驾驶汽车等领域产生影响。正如Ouellette所解释的那样,想想人们在拥挤的人行道上穿行人流。当我们与亲密的朋友或伴侣在一起时,我们的行为会有所不同,而不是在我们独自行走的时候。

Ouellette和Thornton通过研究成群的寒鸦来做出这一发现,寒鸦是一个灰头的乌鸦表兄弟。寒鸦伴随着生命的交配,团队的测量结果显示,配对对在群中一起飞行。事实证明,配对的鸟类比未配对的鸟类更频繁地击败它们的翅膀。也就是说,只需要关注你的伙伴而不是群体中的许多其他鸟类,它需要更少的能量来飞行。因此,通过限制与其交配的其他鸟类的数量,配对的鸟类可以节约能量,Ouellette解释说。“他们在羊群中占据优势,但用更少的精力去做,”Ouellette说,“这种行为有很大的个人利益。”

但是,这种行为对于该组来说并不完全有益。虽然通过大多数关注他们的伙伴来使配对对飞行更有效,但这种有限的注意力实际上使得该组不那么敏捷,因此更容易受到捕食者的攻击。

Ouellette说,根据对群体行为的传统理解,计划未来自动驾驶汽车的科学家和工程师,可能需要回到绘图板上,认为群体,群体或群体作为一个单一的单位移动。例如,如果研究人员希望一组自动机器能够协同工作,那么如果某些机器由不同的制造商制造并且编程为遵循略微不同的规则会怎样。同一制造商生产的机器是否会像配对的寒鸦对一样,从整个鸡群中获取彼此的线索?

Ouellette说,他对一个物种的孤立研究已经产生了相当大的洞察力。但他想研究由不止一种物种组成的成群鸟类。由不同制造商或不同目的建造的车辆或无人机将必须在同一道路或空域上进行互动。汞合金中这些子单元的行为略有不同或相互关联可能会影响集体行为。“你不能总是将他们视为同一个人,”Ouellette说。

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