Balanskonstnär i luften

Alla djur behöver någon form av varningssystem som hindrar dem från att kollidera med föremål i omgivningen. Varningssystemet hjälper dem att kontinuerligt reglera farten och bedöma avstånd till föremålen.

Inom Syngruppen vid biologiska institutionen i Lund studerar man hur insekter kontrollerar sin framfart med hjälp av synen. Resultaten kommer idag till praktisk nytta vid utvecklingen av kontrollsystem till små flygande robotar vilka i framtiden skulle kunna användas för kortare leveranser av mindre varor.

Små flygande robotar finns redan, men utan en inbyggd styrning kan de inte flyga själva i miljöer där de riskerar att stöta på hinder. Förutom hinder måste de även kunna hantera vindar som inverkar på deras hastighet och riktning.

– Flygande insekter är idealiska att studera för att ta fram ett sådant kontrollsystem, säger Marie Dacke, docent vid biologiska institutionen. De kan utföra avancerade flygmanövrer, men med sin lilla hjärna kan de inte ta till sig all information i omgivningen utan måste filtrera och välja ut den viktigaste informationen. Inom Syngruppen studerar vi hur de gör detta.

Som om omgivningen flyger förbi

– Humlor använder ett så kallat optiskt flöde som hjälp för att inte krocka med omgivningen, berättar Christine Scholtyssek, forskare inom Syngruppen.

Det optiska flödet kan beskrivas som själva upplevelsen av att omgivningens föremål rör sig när humlan flyger förbi. För humlan blir det därmed en form av omvänd världsbild – som om humlan stod still medan det istället är föremålen som har fart. Ju närmare ett föremål humlan kommer desto snabbare tycks föremålet röra sig, det vill säga det optiska flödet i humlans synfält blir starkare. Om det optiska flödet plötsligt blir starkare på höger öga jämfört med vänster öga kommer humlan alltså att svänga åt vänster för att minska risken för kollision.

– Det gäller för humlan att hela tiden balansera det optiska flödet mellan de båda ögonen, säger Christine Scholtyssek.

Från teori till praktik

För att testa hur bin kontrollerar sin flygväg har man låtit dem flyga genom en tunnel där de utsätts för olika synintryck och för olika typer av stillastående eller rörliga hinder. Med hjälp av höghastighetskameror spelar man in hur insekterna rör sig i tunneln för att sedan kunna återskapa deras flygväg i tre dimensioner.

Resultaten från dessa experiment används för att utveckla biologiska principer för hur insekter visuellt styr sin flygkontroll och hur de undviker hinder. Principerna kan sedan omvandlas till matematiska modeller. Utifrån dessa matematiska modeller kan andra forskare utveckla små, lätta kontrollsystem för exempelvis flygande robotar.

I utvecklingen av robotar samarbetar Marie Dacke och Emily Baird vid Syngruppen med forskare vid the Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne.

– Att låta solcellsdrivna flygande robotar stå för kortare leveranser av böcker, medicin och andra mindre varor ser vi inte bara som en snabb och ekonomisk fraktmetod, utan kan också på sikt bidra till att lösa nuvarande miljö- och trafikproblem i storstäderna. I andra delar av världen provar man redan idag att exempelvis leverera en bok från biblioteket till dörren med hjälp av en drönare, avslutar Marie Dacke.

Text: Lena Björk Blixt och Pia Romare

Fakta

Optiskt flöde

Ett tydligt exempel på upplevelsen att det är omgivningen som rör sig när vi själva förflyttar oss (optiskt flöde) är när du åker tåg och omgivningen tycks svischa förbi utanför fönsterrutan.