От хиляди години хората гледат към звездите в търсене на

От хиляди години хората гледат към звездите в търсене на навигация. Но кой би предположил, че елементарният бръмбар скарабей потвърдено употребява небесните ориентири?

Учените с изненада откриват, че това създание, известно с ежедневната си рутинна битка за оцеляване, употребява Млечния път като небесен компас. Това изобретение освен разгада мистерията на навигацията на насекомото, само че и се трансформира в първообраз за основаването на високоточни датчици с изкуствен интелект, които да извършват функционалностите за позициониране на транспортните средства, работещи в условия на минимална осветеност.

Жизнено нужната навигация посредством звезден компас

Бръмбарите скарабеи (Scarabaeus satyrus), или торните бръмбари, са едни от най-трудолюбивите инсекти. Тяхното оцеляване зависи в огромна степен от това какъв брой бързо и тъкмо могат да изтъркалят своята топка тор от мястото, където се е образувала.

Кълбото от тор служи за две съществени цели на скарабея: първо, то е източник на храна за възрастния субект, и второ, което е по-важно, то става място за чифтосване и храна за потомството. Женската снася яйцата си в това кълбо, а оцеляването на идващото потомство зависи от неговия размер и сигурност.

Тази задача образува същността на ежедневната им битка за оцеляване, която стартира с яростна конкуренция за ресурса в торовата купчина и продължава с евакуация на скъпите ресурси. Ако едно насекомо изгуби ориентировка и стартира да кръжи, то съвсем обезпечено ще се сблъска с съперници, които ще се опитат да му лишават топчето.

През светлата част на денонощието скарабеите от дълго време са се утвърдили като опитни навигатори, употребяващи слънцето и неговата поляризирана светлина. Години наред обаче ентомолозите не можеха да схванат по какъв начин тези същества поддържат същия прав курс в безлунните нощи, когато липсват земни и лунни ориентири.

Фундаментално изобретение в разгадаването на тази мистерия бе направено през 2013 година Международен екип от биолози от Университета в Лунд (Швеция) организира серия от пионерски.

В изследването, чиито резултати са оповестени в списание Current Biology, учените слагат бръмбари в планетариум в Йоханесбург, в който са моделирани разнообразни сюжети на звездното небе. Оборудването на планетариума разрешава на откривателите да управляват напълно осветлението и да отстранен всички земни забележителности, принуждавайки насекомите да разчитат само на симулираните небесни сигнали.

Учените открили, че при ясни нощни условия без луна скарабеите поддържали идеално прав курс, само че когато се употребило симулирано облачно небе, насекомите незабавно започвали да кръжат безредно. Най-поразителното изобретение е, че бръмбарите се ориентират сполучливо даже когато върху купола се прожектира единствено разсеяна линия от Млечния път, като обособените ярки звезди се отстраняват. Този факт трансформира скарабеите в първото документирано насекомо, което употребява разположението на звездите като компас.

Тайните на звездното позициониране в скарабея

Способността на насекомото, чийто мозък е с размери, сравними с тези на оризово зърно, да „ чете “ нощното небе повдигна състоятелен въпрос за механизма на този развой. Екип от университета в Лунд скоро организира ново проучване, с цел да опише в детайли тактиката на скарабея.

През 2016 година в списание Current Biology същите откриватели, измежду които и Базил ел Джунди (Basil el Jundi), разкриха механизма за калибриране на небесния компас на скарабея. Учените открили, че преди да стартира да се движи, бръмбарът извършва по този начин наречения „ ориентационен танц “: той се качва на топчето си и няколко пъти се завърта към оста му.

По време на този „ танц “ скарабеят запомня образната гледка на звездното небе и дефинира своя курс. Тази образна „ отливка “ служи като краткотраен компас, който насекомото употребява, с цел да поддържа прав курс. Ако бръмбарът се отклони от курса заради трудности, той бързо повтаря танца, с цел да се „ пренастрои “.

През 2017 година в списание Philosophical Transactions of the Royal Society B учените изясниха какъв тъкмо сигнал получава скарабеят от Млечния път. За тези инсекти Млечният път не е комплициран модел от милиони отдалечени точки. Вместо това те се ориентират по контраста и градиента на яркостта – т.е. по необятна, по-ярка линия светлина на фона на по-слабо осветено небе.

Фасетните очи на скарабея имат конструкция на суперпозиция. Тази конструкция разрешава да се комбинира светлината от няколко оматидии (отделни детайли на окото) и ги прави най-чувствителни към светлината от синия и ултравиолетовияспектър, което им разрешава да възприемат единствено общия градиент на яркостта на нощното небе.

Този „ общ градиент на светлината “ е резултат от ниската разграничителна дарба на очите на бръмбара, които възприемат милиардите звезди като един-единствен, размазан светлинен сигнал, който бръмбарът може да употребява, с цел да поддържа верния курс.

Технологични приложения: Биомиметиката

Откриването на навигационната система на скарабея има практическо значение за инженерството и роботиката, като внася нова тенденция във към този момент съществуващата област на биомиметиката (създаване на технологии, въодушевени от природата).

Ярък образец за този метод към навигацията е обществено разгласен от австралийски инженери от Университета на Южна Австралия през 2024 година Те работят върху създаването на датчик за изкуствен интелект, моделиран по навигацията на торния бръмбар. Целта на тази разработка е да се сътвори дребен, високочувствителен датчик, който може тъкмо да дефинира ориентацията в пространството, като употребява единствено разсеяната светлина от небето или Млечния път.

Навигационните системи, които имитират правилото на скарабея, имат няколко основни преимущества: те не зависят от външни GPS сигнали, употребяват минимално количество сила и могат да бъдат интегрирани в микроскопични устройства. Именно простотата и ефикасността на правилото на навигационната система на бръмбара скарабей разрешава създаването на надеждни самостоятелни датчици, способни да работят в среда, в която радиосигналите са блокирани (например в затворени пространства) или оптичните датчици не могат да се оправят със мощно затъмнение.

Значение и изводи

Бръмбарът скарабей, който е бил повдигнат в заветен знак от античните египтяни, в този момент се е трансформирал в обект на интерес за актуалната просвета. Откриването на астрономическите му качества е крайъгълен камък, който демонстрира какъв брой ефикасни могат да бъдат навигационните системи даже при дребните инсекти.

Скарабеят, употребявайки най-простото разбиране на контраста, взема решение един от най-трудните проблеми – самостоятелното насочване през нощта.

Изучаването на този натурален метод на позициониране разрешава на инженерите да преодолеят рестриктивните мерки на сегашните навигационни системи, проправяйки пътя към по-надеждни, самостоятелни и енергийно ефикасни устройства, направлявани от светлината на далечните звезди.