Iedereen die een zwerm spreeuwen door de lucht heeft zien draaien en draaien, heeft zich misschien afgevraagd:hoe manoeuvreren ze in zo'n dichte formatie zonder te botsen?

"Veel soorten dieren zwermen of zwermen of bewegen zich op een andere manier op gecoördineerde wijze, " zegt Nicholas Ouellette, een universitair hoofddocent civiele en milieutechniek aan Stanford. "Geen enkel dier weet wat elk ander dier doet, maar op de een of andere manier bewegen ze als een samenhangend geheel."

Begrijpen hoe ze dit precies doen, Ouellette zegt, kan een sleutel zijn om ingenieurs te helpen bij het ontwerpen van "kuddes" luchtdrones en auto's zonder bestuurder. Het nabootsen van dierenzwermen is aantrekkelijk omdat ze niet alleen zonder centrale controle werken, maar ook fouttolerant zijn. om een ​​technische term te gebruiken, wat betekent dat ze zich snel en gracieus kunnen aanpassen aan plotselinge of onverwachte omstandigheden. Zwermen zijn ook veerkrachtig omdat ze kunnen werken in vuile, verstoorde omgevingen.

Dus zijn Ouellette en zijn team begonnen aan een reeks onderzoeken die onderzoeken hoe zwermen dieren het soort zelfgeorganiseerde en zelfregulerende systemen ontwikkelen waarmee apparaten zoals drones en mobiele sensoren veilig en efficiënt kunnen werken, zonder het soort controles van bovenaf dat typeert, bijvoorbeeld, zoiets als het luchtverkeersleidingssysteem.

In plaats van spreeuwen of andere vogels te onderzoeken, wat onpraktisch zou zijn om in het laboratorium te studeren vanwege de ruimte die ze nodig hebben om te vliegen, Ouellette en zijn bemanning kijken naar niet-bijtende muggen, een soort vliegend insect dat vaak wordt aangetroffen in de buurt van water of in de schaduw van bomen. In tegenstelling tot spreeuwen, wiens sierlijke formaties, murmuraties genoemd, laat ons naar de lucht staren, muggen zoemen chaotisch rond, wolkachtige massa's. Maar, zegt Ouellette, muggenzwermen delen nog steeds gemeenschappelijke kenmerken met vogelzwermen en andere diergroepen, in die zin dat de zwermen samenhangend blijven zonder enige controle of leiderschap van buitenaf.

"Knutten zijn zo klein, ze zijn gemakkelijk te houden in een laboratorium, "zegt Ouellette. "Ze zwermen in de schemering en de dageraad en zijn gemakkelijk te richten met lichten." In zijn laboratorium, de muggen leven in een plastic kubus van ongeveer 5 voet, omringd door hogesnelheidscamera's die hij gebruikt om 3D-trajecten voor elke insectenrichting te reconstrueren, versnelling - alle essentiële kinematische informatie die nodig is om zwermbewegingen te karakteriseren.

Door in het laboratorium te werken, kan het team van Ouellette experimenten uitvoeren om verschillende modellen te testen. Het team begint met waargenomen gegevens uit de camerabeelden. Vervolgens gebruiken ze deze gegevens om hypothesen te testen over wat voor soort regels de bewegingen van muggen kunnen regelen. Maar omdat natuurlijk zwermgedrag niet genoeg informatie geeft om onderscheid te maken tussen veel hypothesen, de onderzoekers verstoren ook de zwerm met licht en geluid om te zien of de echte zwerm wordt beïnvloed zoals hun voorgestelde regels hadden voorspeld.

Ouellette zegt dat het te vroeg is om kunstmatige systemen te ontwerpen die zich op dezelfde manier gedragen als diergroepen. Maar zijn team ontwikkelt het soort experimentele omgeving dat andere onderzoekers ooit kunnen gebruiken om hightech-systemen te bouwen en te testen op basis van de bottom-up wijsheid van de zwermen in plaats van de top-down regels die veel technologische ondernemingen typeren.

"Als ingenieurs houden we ervan om dingen te controleren, " zegt Ouellette. "Maar we kunnen veel leren van insecten en andere dieren die prima kunnen opereren zonder menselijke commando- en controlekaders."