В лаборатории роботы-белки показали, как белки сигнализируют змеям течкой и маханием хвостом. С помощью полевых экспериментов исследователи из Государственного университета Сан-Диего и Калифорнийского университета в Дэвисе стремятся узнать больше о поведении гремучих змей.

Это не единственное использование роботов для изучения поведения животных в Калифорнийском университете в Дэвисе. Терри Орд, бывший научный сотрудник Гарвардского университета, использовал роботов-ящериц для изучения демонстративного поведения ящериц-анолов в джунглях Пуэрто-Рико. Гейл Патричелли, профессор эволюции и экологии, использовала оборудованного камерой робота sage grouse hen для изучения брачного поведения этих птиц прерий.

Сотрудничество предоставляет биологам новые инструменты для их работы, а также помогает инженерам разрабатывать новые и более совершенные машины.

Исследование долгой борьбы между калифорнийскими сусликами и их главным хищником, гремучими змеями, началось в Калифорнийском университете Дэвиса под руководством профессора психологии Дональда Оуингса, эксперта по поведению животных, который умер в 2011 году.

Санджай Джоши, профессор механики и аэрокосмической инженерии в Калифорнийском университете в Дэвисе, создал оригинальные "робокружки" для Owings и сейчас работает с Рулоном Кларком, доцентом биологии в Государственном университете Сан-Диего и экспертом по поведению змей.

Исследования тогда и сейчас сосредоточены на двух формах поведения белок в ответ на гремучих змей: замахивание хвостом и потепление хвоста. Оуингс вместе с профессором Ричардом Коссом и коллегами наблюдали, что когда взрослые белки обнаруживают змею, они приближаются к ней головой вперед в вытянутой позе, делая замирающие движения хвостами. Оуингс и Косс заметили, что при столкновении с гремучей змеей белки также нагревали свои хвосты.

Поскольку гремучие змеи могут "видеть" в инфракрасном диапазоне, исследователи подумали, что белки могут посылать сигнал змеям. Но с живыми белками невозможно отделить размахивание хвостом от нагревания хвоста.

Введите роботов. Инженерная лаборатория Джоши построила белку с нагреваемым хвостом и механизмом подачи сигнала хвостом, каждый из которых управляется отдельно.

Используя робокожих, Аарон Рундус, в то время аспирант лаборатории Оуингса, а ныне доцент Университета Уэст-Честер в Пенсильвании, показал, что змеи реагировали на тепловой сигнал от белки.

"Это был первый пример инфракрасной связи в животном мире", - сказал Джоши. Эта работа была опубликована в 2008 году: статья, опубликованная в журнале IEEE Robotics & Automation в декабре 2011 года, обобщила большую часть работы на сегодняшний день.

По его словам, полевые работы более сложны. Райан Джонсон-Мастерс, аспирант лаборатории Джоши, а ныне Национальной лаборатории Сандиа в Ливерморе, построил нового робота с меньшим размером и более надежным управлением, который было легче транспортировать в поле.

Полевой сезон довольно короткий, несколько недель в конце весны и начале лета, когда рождаются детеныши белок и гремучие змеи выходят на охоту за ними.

Тогда вам нужно найти гремучих змей в пересеченной местности.

"Это определенно приключение", - сказал Джоши.

Кларк начал сотрудничать с Оуингсом и Джоши в 2007 году. Вместе они написали заявку на грант в Национальный научный фонд, чтобы использовать робокожих в полевых условиях. В 2010 году грант был профинансирован на сумму 390 000 долларов.

Как только исследователи обнаружили добывающую пищу змею, они проложили какой-то след, установили робокожую змею и видеокамеру для записи сцены и отступили за шторку. По словам Кларка, змеи, похоже, принимают робокожих за настоящих. На одном из их видеороликов змея кусает голову робота.

Змеи редко нападают на слабеющую взрослую белку, а если и нападают, то почти всегда промахиваются, сказал Кларк.

"Белки обладают замечательной способностью уходить с пути приближающейся змеи", - сказал он. Даже взрослые белки, которые, кажется, не знают о змее, часто успешно уклоняются от удара.

Детеныши белок гораздо более уязвимы. Они обладают меньшей устойчивостью к змеиному яду и кажутся более безрассудными в своем поведении. Они демонстрируют то же поведение, что и взрослые, но приближаются к змеям - иногда со смертельным исходом.

Хотя об умственных способностях гремучих змей известно не так много - в конце концов, они не идеальные лабораторные животные - они ведут себя в полевых условиях так, как будто делают сложные оценки поведения в поисках пищи, сказал Кларк. Например, они по-разному реагируют на взрослых белок по сравнению с детенышами.

Почему белки вообще приближаются к змеям? Кларк говорит, что они, возможно, пытаются оценить природу угрозы. Иногда змеи покидают этот район после встреч с белками.

До прихода в университетский городок в 2001 году Джоши работал в Лаборатории реактивного движения НАСА над роботами для исследования космоса. В Калифорнийском университете в Дэвисе Джоши начал работать с профессорами психологии, включая Оуингса и Джеффри Шенка. Вместе с Шенком он создал роботов, которые имитировали поведение молодых крысят, открывая новые возможности как в поведении крыс, так и в конструкции роботов.

"Причина, по которой я так взволнован, заключается в том, что с помощью роботов мы можем действительно изменить методы изучения поведения животных", - сказал Джоши.