Есть мнение, что война – основной двигатель прогресса. И как бы неприятно это ни звучало, но правда в таком утверждении есть. Нельзя сказать, что науку двигает только война, но она несомненно развивается благодаря стремлению получить преимущество в конкурентной борьбе. Именно там востребованы новшества, двигающие научные знания и научные изыскания. И даже в относительно мирное время многие страны не перестают тратить огромные денежные средства на военные исследования, направленные на создание более эффективного оружия и средств защиты.
Будущее, каким его видели фантасты, наступает на наших глазах. С развитием высоких технологий и искусственного интеллекта живая сила становится менее востребована, только если для управления техникой. Беспилотниками, которые находят и уничтожают цели, уже никого не удивишь. Возможно, что в скором времени создадут дроны, действующие не только по командам с земли, но и умеющие самостоятельно принимать решения.
Пока самоорганизующиеся стаи роботов, наподобие знаменитой "умной пыли"— идеального оружия и вершины технической эволюции, описанной в произведениях Лема, за гранью фантастики. Все современные дроны либо подчиняются командам оператора, который управляет ими дистанционно, либо выполняют заранее заданную программу. Разработчики воздушных, боевых и подводных дронов уже "учат" роботов действовать как единый организм. "Стаи беспилотников" показали свою эффективность в вооруженных конфликтах. Существующие системы ПВО оказались не в силах противостоять группам из нескольких сотен дронов. Тактика роя помогает дронам избежать уничтожения средствами ПВО точно так же, как мурмурация позволяет стае птиц или рыб спастись от хищников.
Инженеры, научив дроны подражать птицам, только позаимствовали у них принцип согласованных действий большого количества объектов, позволяющий за счет кучности и обмена информацией защититься от угрозы. Однако научить рой дронов работать вместе, как в живой природе, пока не удалось.
Уникальное природное явление, при котором тысячи птиц сбиваются в огромные стаи и ведут себя как единый организм, устроено намного сложнее. Его название –"мурмурация" (murmuratio - "бормотание" или "жужжание") родилось от звука, в который сливается шелест тысяч крыльев во время полета. Во время мурмурации тысячи птиц сбиваются в громадные стаи и могут мгновенно, с удивительной синхронностью менять направление полета. Стая птиц распадается на части и снова сливается воедино, образуя в небе причудливые, живые фигуры, напоминающие то каплю, то восьмерку, и даже гигантскую птицу.
Почему птичья программа полета никогда не дает сбоев? И каковы причины такого поведения?
Знаменитый британский орнитолог Эдмунд Селус считал, что птицы, которые образуют мурмурации, обладают телепатией для передачи своих намерений по всей стае. Со временем стало понятно, что это не так. Специалисты, изучающие коллективное поведение животных, установили, что скоординированное движение группы животных— это быстрая реакция на изменение действий особей в стае.
"Есть два способа, которыми управляется поведение большой группы. Есть воздействие "сверху вниз", когда лидер задает движение всего коллектива. Как во время концерта, когда человек на сцене начинает хлопать, а толпа подхватывает. Мурмурации работают по принципу "снизу вверх": отдельные птицы влияют на соседей, и движение передается всей стае".(Марио Пезендорфер, научный сотрудник Смитсоновского центра перелетных птиц (США))
И как же одна птица может уследить за всеми, если в стае тысяча птиц? Каким же образом достигается такая степень координации?
Итальянские физики, изучив более 400 фотографий и определив положение и скорость птиц в стае, выявили оптимальное количество соседей, которых способна отслеживать каждая птица. Оказалось, что их семь. Учёные выяснили, что каждая отдельная особь при перемещении ориентируется на три зоны: участок до ближайшей птицы спереди ("зона притяжения") ; участок, где возможно столкновение с соседями, летящими по своим "полосам" ("зона отталкивания"); группа из семи соседних птиц, которые служат ориентиром для направления полета ("зона углового выравнивания").
За счёт высокой временной разрешающей способности птичьего глаза (краем глаза она видит гораздо больше движений, чем мы, и реагирует гораздо быстрее) стая добивается перестройки движения. Да и птицы внутри стаи сгруппированы не так плотно, у них достаточно места для маневра. Расположены они тоже не хаотично. Например, они летят ближе к своим боковым соседям, чем к находящимся спереди и сзади. А те птицы, что расположены с краю, часто "заныривают" вглубь стаи.
Явление мурмурации можно отнести и к рыбам (даже насекомым и бактериям), которые плывут огромными косяками. Они сбиваются в плотный шар и, как по команде, резко меняют направление движения. У рыб такая тактика является защитной. Когда хищник нападает на косяк, рыбы бросаются врассыпную, что создаёт у хищника перед глазами мельтешение. Хищник в растерянности – он не знает, как поступить.
Защита от хищников – главная причина мурмурации, к которой пришли ученые. И это не просто умозрительная гипотеза. Исследования орнитологов подтверждают, что треть актов мурмурации у скворцов связана с реакцией на ястреба, сокола или луня. Именно появление хищной птицы запускает подобного рода поведение.
Обычно мурмурации можно наблюдать примерно за час до захода солнца осенью и ранней весной, когда птицы собираются вместе для поисков пищи или отдыха перед тем, как улететь на юг. Чаще всего мурмурации устраивают скворцы. Такое скопление привлекает хищника. Спастись водиночку от грозного охотника очень трудно. Если один скворец заметит сокола, то тут же предупредит сородичей об опасности. После этого скворцы в мгновение ока собираются в огромную бесформенную тучу и носятся по небу, меняя направление движения, подобно тому как косяк мелких рыбешек сворачивает вбок при столкновении с акулой или другой крупной рыбой. Они не пытаются так запугать врага. Птицы хотят помешать ему вычленить отдельную особь из стаи. Сокол, просто не понимая, что делать с этой массой, уже не решается пикировать на стаю скворцов. Как и многие стайные существа, птицы в своей защите опираются на численное превосходство, вызывая так называемый "эффект разбавления". В стае вероятность того, что отдельная птица станет добычей, значительно снижается. И чем больше группа, тем быстрее она отреагирует на приближение хищника и эффективней защитит каждого сородича.
Считается, что, сбиваясь в огромные стаи, помимо отпугивания хищников, птицы обмениваются информацией с друг другом, например о запасах пищи. Так как мурмурации наблюдаются перед тем, как птицы собираются в тёплые края, то возможно они это делают перед перелетом для социализации, вовлечения каждого члена стаи, чтобы каждая птица почувствовала единство с остальными. В добавок ко всему: во время мурмурации птицы расходуют энергию эффективней, чем при обычном полёте. Они затрачивают гораздо меньше энергии за счет того, что аэродинамика стай уменьшает трение. Поэтому скворцы и мигрируют очень плотными стаями.
Прекрасное природное явление, называемое мурмурация, – это один из механизмов стайного поведения, важнейшая адаптация, повышающая шансы на выживание каждого члена стаи.
Источники информации: