Virtuelle Realität entschlüsselt Geheimnisse des Fischschwarmverhaltens!

Universität Konstanz, 78464 Konstanz, Deutschland - Forschern an der Universität Konstanz ist es gelungen, ein Virtual-Reality-System zu entwickeln, das es ermöglicht, das Schwarmverhalten von Fischen, insbesondere von Zebrafischen, genau zu analysieren. Dieses innovative System wurde von einem interdisziplinären Team aus Biologie und Robotik des Exzellenzclusters für kollektives Verhalten unter Leitung der Universität Konstanz und des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie (MPI-AB) geschaffen. Ziel dieser Forschung ist es, die natürlichen „Steuerungsregeln“ zu entschlüsseln, die Fische bei der Koordination ihres Verhaltens anwenden. Laut uni-konstanz.de haben diese Algorithmen über Jahrtausende hinweg für eine effektive Gruppenbewegung optimiert.

Die Erkenntnisse der Studie könnten weitreichende technologische Anwendungen finden, etwa in der Entwicklung autonomer Fahrzeuge. Tests mit Roboterautos, Drohnen und Wasserfahrzeugen haben gezeigt, dass die Kontrollregeln der Schwärme sehr effizient sind. Zudem überzeugt die Forschung durch Fortschritte, die kürzlich in Science Robotics veröffentlicht wurden.

Das Virtual-Reality-System und seine Anwendungen

Im Rahmen des Projekts haben die Forscher visuelle Stimuli mit Hilfe von Virtual Reality präzise manipuliert und die Reaktionen der Fische aufgezeichnet. Durch diese Methodik konnten die Wissenschaftler das Schwarmverhalten der Zebrafische Rückwärts ableiten und die Koordination der Bewegung analysieren. Interessanterweise basiert diese Koordination auf der Position der Nachbarfische, nicht deren Geschwindigkeit. Ein durchgeführter Virtual-Reality „Turing-Test“ hat zudem ergeben, dass die Fische keinen Unterschied zwischen realen und virtuellen Artgenossen erkennen konnten.

Diese Arbeit verdeutlicht die Wechselbeziehung zwischen Robotik und Biologie. Die natürliche Steuerungsregel der Fische zeigt ähnliche Leistungen wie moderne Methoden, beispielsweise die modellprädiktive Regelung, jedoch bei geringerem Komplexitätsgrad. Diese Erkenntnisse könnten als Grundlage für die Entwicklung neuartiger Systeme in der Robotik dienen.

Kritische Punkte und kollektives Verhalten

Zusätzlich zur Forschung über Fische wird an der Universität Konstanz der Zusammenhang zwischen physikalischen Konzepten und Gruppenverhalten in der Tierwelt untersucht. In einer weiteren Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, beschäftigen sich Physiker mit dem Phänomen des „kritischen Punktes“. Untersucht wurde, wie lichtgesteuerte Partikel (Mikroschwimmer) sich in kollektiven Zuständen organisieren und spontan zwischen verschiedenen Zuständen wechseln können. Sie zeigen sowohl Stabilität als auch Flexibilität, was interessante Implikationen für das Verständnis von Tierkollektiven hat, insbesondere im Bezug auf Fischschwärme, die als Beispiel für solches Verhalten dienen können. campus.uni-konstanz.de berichtet, dass die Hypothese, dass kollektive Zustände nahe an einem kritischen Punkt liegen, durch numerische Simulationen unterstützt wurde.

Diese ja nach Interaktionsregeln, die das Verhalten von Tieren widerspiegeln, effizient umgesetzten Ansätze könnten auch in der Mikrorobotik Anwendung finden, wo sich Geräte an wechselnde Umweltbedingungen anpassen müssen. Geringfügige Änderungen der Interaktionsregeln führten zu schnellen Übergängen zwischen Wirbeln und Schwärmen, was kritisch für die Entwicklung effizienter Systeme in diesem Bereich sein könnte.