Учёные Пермского Политеха (ПНИПУ) раскрыли универсальный механизм коллективного поведения, изучив, как императорские пингвины выживают в Антарктиде. Модель, описанная в журнале «Компьютерные исследования и моделирование», позволяет управлять большими группами объектов — от животных до роботов, сообщили «Жуковский.Life» в пресс-службе вуза.
Исследователи усовершенствовали свою математическую модель, чтобы проанализировать поведение каждого агента в отдельности. Это помогло понять, как индивидуальные действия приводят к согласованному движению всей стаи без какого-либо централизованного управления.
Основой модели стали два правила, позаимствованные у пингвинов: движение в сторону увеличения температуры и сила отталкивания, чтобы агенты не сталкивались. Учёные проверили принципы на рое роботов Kilobot и обнаружили те же переходы, что и у живых стай.
«Для реализации мы использовали численные методы. Механическое движение агентов рассчитывалось пошагово: компьютер моделировал поведение через небольшие промежутки времени. На каждом таком шаге программа определяла текущее положение всех роботов, рассчитывала силы притяжения и отталкивания для каждого объекта», — рассказал Кирилл Костарев, младший научный сотрудник кафедры «Прикладная физика» ПНИПУ.
Исследование выявило ключевой порог численности. При малом количестве агенты формируют неподвижную структуру, но при превышении примерно 110 объектов возникает вихревое движение. Это обеспечивает циркуляцию, позволяя каждому элементу побывать в тёплой зоне. Открытие можно применять для создания роёв медицинских нанороботов, точечно доставляющих лекарства к опухолям, или автономных дронов для работы в Арктике и космосе.
Проблема конкуренции за ресурсы между животными и человеком стоит остро по всему миру. Яркий пример — находящиеся на грани исчезновения африканские пингвины, которым приходится соперничать за рыбу с коммерческими рыболовными судами. Как показало исследование Университета Сент-Эндрюса, особенно критичной эта конкуренция становится в те годы, когда природные запасы рыбы сокращаются.