Prírodou inšpirované algoritmy

Mucha ako vzor

Nie iba pre genetikov, ale aj pre biológov je cieľom skúmania číslo jedna Drosophila melanogaster - ovocná mucha. Vedcom z biocentra vo Würzburgu má slúžiť tento útly hmyz ako vzor pre stavbu autonómneho robota. Otázka, ktorá biológov najpálčivejšie zaujíma: ako funguje spracovanie informácie u muchy, predovšetkým čo sa týka jej pohybu? Dr. Roland Strauß, Biocentrum Würzburg: "Radi by sme poznatky, ktoré sme získali počas štúdia muchy, implementovali do platforiem robotov. Vyvinúť robota, ktorý pokiaľ je to možné vie samostatne konať, ako to robia naše muchy." Ako vyššie zvieratá, tak vedia aj muchy s ostatnými svojho druhu vzájomne interagovať a určovať si priority. Dr. Roland Strauss: "Muchy si definujú svoje vlastné ciele podľa ich aktuálnych potrieb. Keď sa napr. pohybujú v poludňajšej horúčave, potom je absolútne nutné, aby buď odleteli do tieňa a tak sa uchránili, alebo aby našli vodu. Potom má hľadanie tieňa, alebo vody najvyššiu prioritu. Potiaľ možno priradzovať muchy do jednoduchej rozumovej úrovne. V pripravenej aréne so svetelnými diódami biológovia pochopili, ako funguje toto autonómne správanie. Cieľom je výskum orientačného správania sa a jeho základov v mozgu muchy. V tomto špeciálnom pre hmyz vyvinutom virtuálnom svete je možné pre muchu trvale meniť realitu. Objekty a ciele sa pohybujú a môžu celkom zmiznúť. S videokamerou sa meria pozícia a priebeh pohybu, na monitore sa vyhodnocuje. Výsledok: Mucha navštevuje blízke ciele oveľa častejšie ako vzdialené a vie popri tom sledovať vzdialený cieľ, aj keď ho na krátky čas "stratí z očí". Dr. Roland Strauss: "Keď nenaprogramujete robotovi túto vlastnosť a len mu poviete: sleduj určitý cieľ, potom bude samozrejme stratený v momente, kedy nebude vedieť spoznať tento cieľ. Možno prepne potom na vyhľadávací režim. Alebo jednoducho ostane stáť. Naše muchy sa vyhýbajú kolízii a ďalej sa približujú k cieľu akoby sa nestalo nič nezvyčajné." V analyzátore mala kamera citlivá na červenú farbu vyhľadávať, pokiaľ ovplyvňuje mozog poradie a dĺžku krokov hmyzu.

Pri experimentoch bolo sledované správanie sa normálnych múch a mutantov, ktorým chýbala spojovacia časť v mozgu. Počas toho ako robí normálna mucha priame a dlhé kroky, sú kroky mutanta krátke a pomalé. Záverom biológov pri zhodnotení bolo: takzvané protocerebrálne mostíky v mozgu muchy sú časťou systému, ktorý ovplyvňuje dĺžky krokov.

Dr. Roland Strauss: "Používame mutantov, ktorých sme hľadali podľa správania a skúmali, čo je na mozgoch týchto mutantov chybné a pokúsili sme sa to korigovať, s defektmi správania, ktoré sme videli u týchto zvierat. Touto cestou vznikol obraz úplnej reťaze spracovania informácií, ktorá je potrebná na pohyb. Čiže od riadenia smeru, od definovania vlastných cieľov, až dole ku svalom a kĺbom, napr." Na pochopenie čo, a koľko vidia muchy a ako ďaleko kontrolujú plánovanie krokov pomocou zraku, boli oči schladených múch zamaľované rozdielnou farebnou škálou. Farba je rozpustná vo vode a muchy si ju samé vedia zotrieť. Vyhľadávacia trasa múch bola zdokumentovaná a zhodnotená. Bola to namáhavá a nákladná práca. Práve tak ako správanie sa múch: 230 jedincov z 11 000 múch našlo pri 18 stupňoch celzia, po asi 4 týždňoch kukuričnú kašu.

Prečo nevieme jednoducho naprogramovať robotom všetky vlastnosti múch? Dr. Roland Strauss: "Keď nastanú nepredvídané udalosti, potom možno vychádzať z toho, že roboty nie sú v stave byť pánom situácie. Teraz možno samozrejme povedať, táto situácia, v ktorej sa práve nachádzam, tú ešte dodatočne doprogramujem - ale tak to bude stále pokračovať ďalej." Vedci hľadajú systém, ktorý by vedel riešiť nepredvídateľné situácie. Dr. Roland Strauss: "Keď zoberiete veľa jednoduchých stavebných blokov a z nich poskladáte jeden veľký celok, potom sa môže stať - a sú na to príklady - že vzniknú nové vlastnosti, ktoré predtým neboli známe, ktoré vyplývajú zo spoločného pôsobenia týchto relatívne jednoduchých modulov." Tarry, bežiaci robot je prvým príkladom úspešnej spoločnej práce biológov a vedcov zaoberajúcich sa robotikou. Šesťnohý robot, ktorý je skonštruovaný podľa vzoru kobylky, vie predovšetkým samosprávne vykonávať práce na neprístupných miestach, ako napríklad v systéme rúr jadrovej elektrárne. Robot, ktorý teraz vzniká podľa vzoru muchy by mal byť nasadený predovšetkým na prieskum planét.

Keď teda nabudúce odoženiete muchu, myslite pri tom na to, že sa narodila pre vyšší cieľ.