Брачные игры роботов: свой среди чужих

Одним из пионеров использования электромеханических устройств для наблюдения за живой природой считается датчанин Аксель Микельсен, профессор Университета Южной Дании в Оденсе. В начале 90-х годов прошлого века он сконструировал роботизированную пчелу, которую «внедрили» в обычный улей.

Целью эксперимента было изучение явления, смысл которого люди пытались разгадать еще в античные времена. Речь идет о так называемых танцах пчел. Известно, что, когда пчела-фуражир возвращается в улей после поисков пыльцы или нектара, она начинает совершать круговые или восьмерочные движения, вовлекая в этот «танец» других особей. Еще в 1940-х годах профессор Мюнхенского университета Карл фон Фриш установил, что движения пчелы — это своеобразный инструктаж для сородичей. Танцующая пчела показывает им, в каком направлении и на какое расстояние надо лететь, чтобы найти нектар и пыльцу. Сборщики нектара при этом еще угощают других пчел принесенным нектаром, чтобы те, вероятно, оценили важность и полезность находки. Однако фон Фриш полагал, что именно движения в ходе «танца» содержат в себе всю полноту информации о местонахождении нектара.

Примерно два десятилетия спустя вгляды немецкого профессора были подвергнуты ревизии со стороны американских исследователей Эдриана Веннера и Харальда Эша. По их мнению, в ходе «танца» пчела не только движется по определенной траектории, но и издает с помощью крыльев низкочастотные звуки, причем именно звуки играют основную роль в коммуникации. Впоследствии Веннер передумал и, оставив в стороне гипотезу о звуковом общении, предположил, что в танцах пчел отдельную роль в передаче информации выполняют запахи.

Так что же в итоге? Хватает ли фуражиру для информационного сообщения только движений или он сообщает дополнительные сведения с помощью звуков? А может быть, не звуков, а запахов? Вот чтобы разрешить этот спор, Аксель Микельсен и решил построить роботизированную имитацию танцующей пчелы. По правде говоря, то, что вышло у датчанина, было мало похоже на насекомое. Тельце «пчелы» представляло собой небольшой бронзовый цилиндр, торцам которого придана полусферическая форма. Передняя часть цилиндра была покрыта пчелиным воском, чтобы незнакомый запах не отпугивал пчел. На верхней части тельца Микельсен закрепил «крыло», которое оказалось не чем иным, как лезвием от безопасной бритвы — не современной кассетной, а почти вышедшей из употребления станочной.

Но это еще не все. Над искусственной пчелой возвышалась целая конструкция, включавшая в себя штангу, связанную с электромотором, электромагнитный привод «крыла», заставлявший колебаться лезвие с разной частотой, и тонкую трубку, по которой подавался сахарный сироп с цветочным ароматом для угощения пчел. Все движения пчелы-робота управлялись компьютером.

Исследования с имитацией роботом пчелиных танцев на практике подтвердили предположения о том, что, во-первых, пчелы могут слышать звуки (правда, только низкочастотные, ниже 500 Гц), пользуясь для этого находящимся в усиках так называемым органом Джонстона, а во-вторых, информация в пчелином танце передается совокупностью движения и звука. По отдельности ни звук, ни движение не работают.

В улье царит кромешная тьма, и поэтому не так уж важно, похожа ли пчела-робот на настоящее насекомое. Другое дело, когда речь идет об экспериментах, проводимых с участием животных и их электромеханических подражателей при свете дня. Американскому орнитологу Гейл Патричелли, которая выбрала темой своих исследований поведение птиц в брачный период, пришлось позаботиться о более реалистичном внешнем виде роботов, изображающих пернатых.

Наиболее известные работы Гейл связаны с изучением системы сигналов, которыми обмениваются с самками токующие самцы полынного тетерева (Centrocercus urophasianus). Дело в том, что тетеревиный ток — это своего рода смотрины: самцы, раскрывая оперение и издавая звуки с помощью вокального мешка, пытаются понравиться самке, за которой остается право выбора партнера для спаривания. Если самец чувствует, что самка проявляет к нему «благосклонность», он активизирует свои ухаживания. Если же он ощущает холодность со стороны потенциальной дамы сердца, его активность снижается.

Вопрос, который интересовал Патричелли, заключался в том, как именно тетерка сигнализирует самцу о том, что он желанен или, наоборот, отвержен. Чтобы попытаться найти на него ответ, был изготовлен робот Fembot, реалистично изображающий самку полынного тетерева и способный по команде с пульта имитировать движения, свойственные этой птице. Техническую задачу несколько облегчал тот факт, что движения птиц от природы отрывисты, а кроме того, их набор, необходимый для эксперимента, был весьма ограничен. Роботу требовалось уметь распушить перья, поворачивать голову из стороны в сторону и припадать к земле. Для пущей реалистичности можно было, наверное, снабдить тетерку лапами, однако из соображений простоты и дешевизны от создания шагающего робота отказались. Вокруг токовища был проложен рельсовый путь, и искусственная птица объезжала ряд самцов на колесиках. К счастью, тетерева не среагировали на не слишком свойственную птицам манеру передвижения и охотно воспринимали Fembot как объект ухаживаний. Реакция самцов на его действия отслеживалась с помощью видеокамеры и целого массива микрофонов — ведь тетерева умеют посылать направленные звуковые сигналы, и очень важно было определить, с какого именно направления они поступают.

Вдохновившись научными методами Гейл Патричелли, исследователи принялись применять их в отношении других животных. Один из примеров — использование робота для изучения брачного зова лягушек Physalaemus pustulosus, живущих в тропических лесах Амазонии. Эти амфибии спариваются в темное время суток, и ночами джунгли оглашаются зовом самцов, приглашающих самку к продолжению рода. Звук самца исходит из вокального мешка — круглого кожистого пузыря, надувающегося на горле. Мешок устроен таким образом, что воздух внутри перекачивается из одной его части в другую, то есть, попросту говоря, гоняется туда-сюда, в результате чего пузырь ритмично пульсирует.

Ученые из Техасского университета задались вопросом — играет ли вид пульсирующего мешка какую-либо самостоятельную роль в брачных играх лягушек (они прекрасно видят в темноте) или имеет значение только звук? Чтобы найти ответ, исследователи записали зов самцов, а также изготовили резинового робота-лягушку, обладающего вокальным мешком, который надувался специальным насосом. Чтобы движения мешка выглядели реалистично, работа насоса управлялась электрическим сигналом, промодулированным заведенной в осциллограф звукозаписью зова.

По итогам экспериментов выяснилось, что зов самцов, выходящий из динамика, привлек в четыре раза меньше самок, чем тот же зов, звучащий в присутствии резинового робота с раздувающимся вокальным мешком. Однако как только условия эксперимента менялись и звук рассинхронизировался с колебаниями мешка, самки очевидно теряли к «самцу» интерес.

Полученный результат весьма поразил исследователей. Ведь, как оказалось, в общении между представителями этого вида земноводных наблюдается нечто наподобие эффекта Макгурка. Этот эффект, описанный в 1976 году британским психологом Гарри Макгурком, состоит в бимодальности восприятия человеческой речи. Как выяснилось, при живом общении важную роль в понимании слов говорящего играет не только звук голоса, но и движения губ в процессе речи. Если произнесенный звук и движения губ не соответствуют друг другу, это может стать причиной неправильного восприятия речи, своего рода слуховых галлюцинаций.

Вот так, направляя бездушные машины под управлением электроники к далеким от нас существам с их малопонятной жизнью, мы порой обнаруживаем с этой живностью черты родства, о которых прежде даже и не подозревали.

Видео к статье: ссылка