Évszázados kérdést válaszoltak meg robothalakkal az ELTE kutatói

2020. október 29. – 16:14

frissítve

Másolás

Vágólapra másolva

Az Eötvös Loránd Tudományegyetem kutatói (ELTE) a Max Planck Állatviselkedéstani Intézet, a Konstanzi Egyetem és a Pekingi Egyetem tudósaival együttműködve nemrég bizonyították a korábbi feltevést, hogy a halak energiát spórolnak a rajban úszással – olvasható az ELTE honlapján.

A beszámoló szerint évszázados kérdés, hogy mi az oka annak a lenyűgöző látványnak, amikor sok hal együtt, összehangoltan úszik, de a friss kutatási eredmények előtt csak feltételezés volt az, hogy ezzel energiát tudnak megspórolni. A régóta megválaszolásra váró kérdés feltárásához meg kellett mérni a rajban úszó halak energiafelhasználását. Szabadon úszó halak esetén ennek pontos végrehajtása eddig nem volt lehetséges, ezért a korábbi tanulmányok inkább elméleti modellek és becslések segítségével igyekeztek megoldani a dilemmát.

>>> A Telex legfrissebb cikkeit itt olvashatja <<<

Az új kutatás azonban legyőzte ezt akadályt a kísérleti tesztelés előtt. A kutatók kifejlesztettek egy 3D robothalat, amelynek rugalmas farokúszója van, és olyan hullámzó mozgással úszik, mint egy valódi hal. Ugyanakkor élő társaikkal ellentétben a robothalak lehetővé teszik az együtt úszással járó energiafogyasztás közvetlen mérését és a magányos úszással való összehasonlítását.

A kutatásról szóló tanulmány a Nature Communications című tudományos lapban jelent meg október 26-án.

Biomimetikus robotok (Fotó: Christian Ziegler)

A kutatók a robothalak úszását vizsgálták párban és egyedül. Több mint 10 ezer mérést elvégezve, minden lehetséges helyzetben tesztelték a követő halakat a vezetőkhöz képest, majd összehasonlították az energiafelhasználást az egyéni úszással. Az eredmények egyértelmű különbséget mutattak:

bizonyították, hogy az elülső halak befolyásolják a mögöttük lévő halak hidrodinamikáját.

A követő hal számára az úszáshoz szükséges energiabefektetést két tényező határozza meg: a vezető mögötti távolság és a farokcsapások időzítése. Az energiatakarékosság elérésének titka pedig a megfelelő időzítés a kutatás eredményei szerint. Ez azt jelenti, hogy a követő halaknak az előttük úszó hal farokcsapásaihoz kell igazítaniuk a saját mozgásukat a térbeli helyzet alapján meghatározott időeltolódással – ezt a stratégiát a kutatók „örvényfázis-egyeztetésnek” nevezték el. Amikor a követő a vezető hal mellett van, akkor a legtakarékosabb a farokcsapásokat megegyező időzítéssel szinkronizálni a vezetővel. De amikor a követők lemaradnak, el kell térniük az egyidejű mozgástól, és egyre nagyobb késéssel reagálni a vezető farokcsapásaira.

„Ez nem csak az energiatakarékosságról szól. A mozgás időzítésének megváltoztatásával a követők a más halak által kibocsátott örvényeket arra is felhasználhatják, hogy tolóerőt hozzanak létre a gyorsításhoz”

– fejtette ki Nagy Máté társszerző, a MTA-ELTE Csoportos Viselkedés Lendület kutatócsoportjának vezetője, aki korábban az MPI-AB munkatársa volt.

Azt a kérdést, hogy a robothalak segítségével kimutatott örvényfázis-egyeztetés stratégiáját használják-e az energiatakarékosság érdekében a valódi halak, egy hidrodinamikai modell és mesterséges intelligencia alapú elemzés segítségével válaszolták meg:

megállapították, hogy a stratégiát a természetes viselkedésük során használják a halak.

A robotkísérletek előtt a kutatók nem tudták, hogy mire figyeljenek, mondta Iain Couzin vezető szerző, az MPI-AB igazgatója, aki a Konstanzi Egyetem Kiválósági Klaszterét is irányítja.