Как стрекозы могут улучшить системы противоракетной обороны?

Ученые из Национальной лаборатории Сандиа (Sandia Labs) во главе с вычислительным нейробиологом Френсис Чанс исследуют обычную стрекозу для поиска путей разработки более эффективных систем противоракетной обороны с гораздо более высоким коэффициентом перехвата.

Стрекозы существуют уже около 325 миллионов лет и с тех пор не сильно изменились, поэтому, вероятно, механизмы, заложенные в них природой очень эффективны. Одна из причин, по которой это происходит, заключается в том, что они являются одними из лучших хищников природы с 95 процентным коэффициентом убийств (как только они нацелены на свою добычу).

В процессе охоты стрекоза задействует свой удивительный мозг, который на первый взгляд кажется очень простым, даже примитивным, но способен на некоторые удивительно быстрые и сложные вычисления. Во время ловли добычи она не пытается ее догнать за счет преимущества в скорости. Вместо этого она предвидит, где будет находиться ее добыча, и рассчитывает прямой курс перехвата, который корректируется по мере того, как жертва меняет направление полета.

Это удивительно, учитывая, что стрекоза даже не имеет восприятия глубины пространства. Так как же она это делает? Чтобы выяснить это, Национальные лаборатории Сандии провели реверс-инжиниринг, основываясь на поведении настоящих насекомых, они создали имитированных стрекоз в цифровой среде, где мозг насекомого был представлен в виде нейронных сетей.

По словам ученых, результаты с большой точностью имитировали мозг стрекозы. Это представляет большой интерес, поскольку стрекоза может среагировать на добычу всего за 50 миллисекунд, или в шесть раз быстрее, чем моргание человеческого глаза. Поскольку этого времени достаточно только для того, чтобы сигнал прошел через 3 нейрона, каждое вычисление стрекозы должно состоять всего из трех шагов. Однако учитывая то, что живой мозг делает своего рода параллельную обработку, многие вычисления могут быть выполнены за очень короткое время с использованием очень простого набора нейронных цепей, каждая из которых состоит их нескольких нейронов.

Для сравнения, современные системы противоракетной обороны используют гораздо больше вычислительной мощности для решения очень похожих задач. Используя мозг стрекозы в качестве модели, можно создать меньшие, более легкие компьютеры, которым для работы требуется меньше энергии, а также повысить их боевую эффективность. Кроме того, алгоритм «стрекоза» может помочь перехватывать менее предсказуемые гиперзвуковые ракеты или показать, как рассчитывать перехваты, используя менее сложные датчики.

Исследователи признают, что между стрекозами и ракетами есть принципиальные различия, например, разница в скорости. Но даже если технология окажется несостоятельной в противоракетной обороне, она может найти применение в других областях.

Исследование будет представлено Френсис Чанс на Международной конференции по нейроморфным системам, которая пройдет на этой неделе в Ноксвилле, штат Теннесси.

Материал основан на пресс-релизе Sandia Labs