Az önszerveződő drónraj segít megérteni a madarak csoportos mozgását

Mindennapos, megszokott látvány madárrajok könnyed és harmonikus mozgása, mégis rendkívül összetett folyamatok állnak a háttérben. A fizika törvényei szerint ugyanis  általános és szigorú tétel köti össze a külső hatás nélküli belső ingadozásokat az ingerekre adott válasszal. Márpedig a madárcsoportoknak egyszerre kellene biztosítani a stabil, zavarmentes haladást, és a hirtelen fellépő akadályok miatti gyors reakciót. Ez ellentétes egyedszintű viselkedést feltételez, és az ELTE Biológiai Fizika Tanszék kutatói szerettek volna rájönni, miként tudnak a madarak mindezek ellenére harmóniában, mégis gyors reakcióidővel repülni. 

A gyors reakció ára

A reakciókészség érdekében minden madárnak nagyon szorosan kell követnie a szomszédai irányváltozását. Ezzel tudják együtt elkerülni például a felbukkanó ragadozókat, de a környezeti (pl. egy széllökés) és belső (pl. társ hibája)  “zajok" ez esetben felerősödnek. Ha viszont alig-alig vesznek tudomást a változásokról, akkor - ugyan a csoport mozgása nem lesz ingatag -  az újdonságra nem tudnak gyorsan reagálni.

“Egyszerűen nagyon nehéz szívósnak lenni, de nem makacsnak. Ahogy rugalmasnak, mégsem céltalannak is.”

- mondta Balázs Boldizsár, az ELTE Fizika Doktori Iskola doktorandusza, a közlemény egyik szerzője. Az ELTE kutatócsoportja azt vizsgálta, hogy az élő rendszerek miként  érhetik el a stabilitást és egyszersmind a gyors reakciókészséget is.

Kiemelkedő jelentőségű egyedek

Rájöttek, hogy a kulcs az egyedekben rejlik: a csoport tagjai képesek megkülönböztetni egymás jelentőségét, hogy így ideiglenes hierarchiákat hozzanak létre. Madarak és más magasrendű állatok ugyanis elég fejlettek ahhoz, hogy egyes fajtársaikra fokozott figyelmet fordítsanak azok egyedi képessége, pillanatnyi testhelyzete vagy a pályájuk apró részletei nyomán.

Balázs Boldizsár 2016-ban végzett az ELTE Természettudományi Kar fizikus mesterszakán, diplomamunkáját az Elméleti Fizika Tanszéken írta kozmológiai témában. Azóta a Biológiai Fizika Tanszék doktorandusza, ahol a csoportos viselkedést kutatja statisztikus fizikai és hálózatelméleti módszerekkel, témavezetői az itt bemutatott cikkbeli társszerzők. 2018-ban a Humboldt-Universität zu Berlin Central-ösztöndíjas vendégkutatója, a 2019-es R. Scott Kretchmar-díj nyertese. 

“Mivel makroszkopikus és élő anyagról beszélünk, az ember mindennapos tapasztalata egyáltalán nem érdektelen. Egy utcán sétáló tartása, járása regénnyi lelkiállapotról árulkodik, de egy konvojban elöl haladó kamion sávváltása is egészen mást jelent a mögötte jövőnek ha éles, mint ha nem, pedig a különbség csak rövid ideig tart.” - említik a tanulmányt jegyző fizikusok.

Az új felfedezés segítségével a kutatók ötvennél is több robotból álló drónraja a korábbiaknál is egységesebb viselkedésre, gördülékenyebb együttműködésre volt képes, ezzel a kutatócsoport továbbra is tartja helyét a önszerveződő mesterséges rendszerek élvonalában.

A munkát a brit Királyi Tudományos Társaság folyóirata, az élettudományok és a matematikusi, fizikusi szemlélet ötvözésével foglalkozó Royal Society Interface jelentette meg, a 2020 júniusi számának címlapján.

Szerzők:
Balázs Boldizsár, az ELTE Fizika Doktori Iskola doktorandusza;
Dr. Vásárhelyi Gábor, az MTA-ELTE Statisztikus és Biológiai Fizika Kutatócsoport tudományos főmunkatársa, a CollMot Robotics Ltd. ügyvezetője;
Prof. Vicsek Tamás, az ELTE Biológiai Fizika Tanszék emeritusz professzora, Onsager-díjas akadémikus.

További információ a kutatócsoport honlapján.

Borítókép: Tekus András