La mosca ladrona es un acróbata aerodinámico capaz de atrapar a su presa en vuelo

Las moscas ladronas son acróbatas aerodinámicos, capaces de detectar a sus presas, esquivar obstáculos y atrapar insectos más pequeños a gran velocidad en vuelo. Los científicos han analizado más de cerca cómo las moscas ladronas logran esta increíble hazaña a pesar de tener cerebros a la par de un solo grano de arena. Segundo una nueva tarjeta publicado en el Journal of Experimental Biology, las moscas combinan dos estrategias distintas de navegación basadas en la retroalimentación: una que implica interceptar presas cuando la vista es clara y otra que permite a las moscas desviarse bruscamente de cualquier obstáculo en su trayectoria de vuelo.

Uno de los desafíos de la robótica es cómo diseñar robots que puedan navegar en entornos desordenados, algo que los humanos y otros animales pueden hacer instintivamente todos los días. Según los autores, muchos sistemas robóticos se basan en algún tipo de planificación de rutas: usan sonido (sonar) o láseres para enviar señales y luego detectar reflejos. Estos datos se pueden usar para construir un mapa de las distancias de los alrededores.

Pero en comparación con el uso de señales visuales simples (es decir, «métodos reactivos»), la planificación de rutas es un enfoque costoso en términos de consumo de energía. Los humanos y otros animales no requieren mapas elaborados ni conocimientos específicos de la ubicación, la velocidad y otros detalles de un objetivo. Simplemente reaccionamos a cualquier estímulo relevante en nuestro entorno en tiempo real. El diseño de algoritmos de navegación conductual basados ​​en sistemas biológicos es, por tanto, de gran interés para la robótica.

Estudios anteriores se han centrado en la capacidad de varias especies, incluidas las moscas de la fruta y las palomas, así como los humanos, para negociar entornos desordenados. «Sin embargo, en estos casos, evitar los obstáculos era el único objetivo», escribieron los autores. «Navegar alrededor de un obstáculo es más desafiante cuando una ubicación en particular sirve como objetivo, porque la aversión a los obstáculos debe equilibrarse con el objetivo de navegación».

Es por eso que el bioingeniero Samuel Fabian del Imperial College London y tres colaboradores de la Universidad de Minnesota decidieron realizar sus propios experimentos utilizando la mosca ladrona depredadora (Holograma fusca) como objeto de prueba. La mosca ladrona fue elegida por su ruta de intercepción altamente predecible para atrapar presas. Además, su tamaño pequeño y su comportamiento relativamente rápido (la mayoría de los vuelos tardan menos de un segundo) «requieren reacciones rápidas con un esfuerzo computacional mínimo», escribieron los autores.

fabiano et al. compare el comportamiento de caza de la mosca ladrona con el de los halcones, los halcones y los misiles guiados modernos. Las moscas robadoras suelen cazar posándose en algún lugar que les dé una vista clara del cielo. Una vez que una mosca ladrona localiza una presa potencial y comienza a perseguirla, la mosca debe navegar para interceptar a la presa y evitar cualquier obstáculo en el camino, como ramas errantes.

A las moscas ladronas se les presentó un objetivo en movimiento en forma de una pequeña cuenta plateada reflectante que se tiraba a lo largo de un hilo de pescar transparente con poleas y un motor paso a paso. «Las moscas realmente no sabían que no era una presa real, incluso cuando estaban muy cerca», fabiano dijo. «Si algo es lo suficientemente pequeño, generalmente parecen asumir que es comida».

El marco también contenía un obstáculo: una barra de acetato delgada (2,5 cm) o gruesa (5 cm) pintada con pintura acrílica negra, colocada justo debajo del camino del objetivo. «La posición exacta de la barra y la trayectoria inicial de la mosca determinaron si el objeto se convirtió en un obstáculo en la ruta de vuelo y oscureció el objetivo», escribieron los autores.

Los investigadores registraron todos los vuelos en condiciones de campo para lograr el comportamiento más naturalista. A continuación, reconstruyeron digitalmente 26 vuelos de moscas ladronas que perseguían el talón en movimiento en presencia de un obstáculo. Las maniobras del equipo aéreo tendían a ahuyentar a las moscas, por lo que esos 26 vuelos representan moscas que permanecieron en su percha mientras el aparato se disponía a su alrededor en lugar de volar.

Los resultados: cuando no había obstáculos, las moscas ladronas mantuvieron la misma línea de visión hasta el talón durante su aproximación para interceptar y capturar a sus presas. Cuando una barra negra delgada o gruesa oscurecía parcialmente su vista por períodos cortos (menos de 0,1 segundos), las moscas realizaban maniobras evasivas para sortear el obstáculo antes de regresar al rumbo para una intercepción. A veces, una mosca se desviaba en respuesta a una barra negra, incluso cuando la barra no oscurecía su línea de visión. Y cuando los investigadores oscurecieron la línea de visión de las moscas durante más de 0,1 segundos, las moscas habrían abandonado la intercepción por completo.

fabiano y otros. concluyó que las moscas robadoras estaban empleando una estrategia simple para evitar obstáculos en combinación con su estrategia de intercepción estándar, a la que denominaron guía combinada. “Cuanto más rápido crece el obstáculo en su campo de visión, más se alejan de él”, fabiano dijo. Las moscas vuelven a la trayectoria de intercepción una vez que dicho obstáculo comienza a retirarse de la vista. «Están prestando atención a su entorno incluso cuando están enfocados en la meta».

Esto «demuestra que evitar obstáculos puede ser el producto de leyes de retroalimentación simples que no requieren un conocimiento absoluto de la distancia, el tamaño o la velocidad», escribieron los autores, en línea con trabajos anteriores que muestran que las leyes de retroalimentación simples también pueden explicar la intercepción de moscas. estrategia. Es cierto que esto se basa en un número limitado de pruebas de campo, y el equipo espera realizar más pruebas en el futuro.

DOI: Revista de Biología Experimental, 2022. 10.1242 / jeb.243568 (Información sobre los DOI).