Почему отбивать мух так сложно

К Джейми Теобальд и Равиндра Палавалли-Неттими / Разговор |

Эта статья изначально была размещена на Разговор.

Сидеть на улице летним вечером всегда звучит расслабляюще, пока не прилетят мухи и комары, а затем начинается прихлопывание. Несмотря на их крохотные глаза и мозг грубо 1 миллион раз меньшие, чем ваши, мухи могут уклониться почти от каждого удара.

Мухи могут быть благодарны своему быстрому, сложному зрению и некоторым нейронным особенностям за способность избегать ударов с такой скоростью и ловкостью.

Наша лабораторияисследует полет и зрение насекомых, с целью выяснить, как такие крошечные существа могут обрабатывать визуальную информацию, чтобы выполнять сложные действия, например, так быстро убегать от удара.

Более быстрое зрение

У мух сложные глаза. Вместо того, чтобы собирать свет через одну линзу, которая создает все изображение (стратегия человеческого глаза), мухи формируют изображения, состоящие из нескольких грани

, множество отдельных линз, которые фокусируют поступающий свет на группы фоторецепторов — светочувствительные клетки в глазах. По сути, каждая грань создает отдельный пиксель зрения мухи.

Мир мух имеет довольно низкое разрешение, потому что маленькие головы могут вместить лишь ограниченное количество граней – обычно от сотен до тысяч– и нет простого способа улучшить их размытое зрение до миллионов пикселей, которые люди эффективно видят. Но, несмотря на такое грубое разрешение, мухи очень быстро видят и обрабатывают быстрые движения.

Мы можем сделать вывод о том, как животные воспринимают быстрое движение, исходя из того, насколько быстро их фоторецепторы обрабатывают свет. Человек различает максимум около 60 дискретных вспышек света в секунду. Любое ускорение обычно проявляется как постоянный свет. Возможность видеть отдельные вспышки зависит от условий освещения и от того, какую часть сетчатки вы используете.

Некоторые светодиодные фонари, например, излучают дискретные вспышки света достаточно быстро, поэтому людям они кажутся постоянным светом, если только вы не повернете голову. Периферийным зрением вы можете заметить мерцание. Это потому, что ваше периферийное зрение обрабатывает свет быстрее, но с более низким разрешением, как зрение мух.

Примечательно, что некоторые мухи могут видеть до 250 вспышек в секунду, примерно в четыре раза больше вспышек в секунду, чем люди могут воспринимать.

Если бы вы взяли одну из этих мух в кинотеатр, плавный фильм, который вы смотрели с частотой 24 кадра в секунду, для мухи выглядел бы как серия статичных изображений, как слайд-шоу. Но такое быстрое зрение позволяет ему быстро реагировать на добычу, препятствия, конкурентов и ваши попытки его отбить.

Наши исследования показывает, что летает в тусклом свете теряют способность видеть быстрые движения. Это может показаться хорошей возможностью прихлопнуть их, но люди также теряют способность видеть быстрые и резкие черты лица в темноте. Таким образом, вы можете быть таким же инвалидом, как и ваша цель.

Когда они летают в темноте, мухи и комары летать беспорядочно, с извилистыми траекториями полета, чтобы избежать ударов. Они также могут положиться на невизуальные сигналы, например, информация от маленьких волосков на их теле, которые чувствуют изменения в воздушных потоках, когда вы собираетесь нанести удар.

Полет комара. Источник: Интеллектуальные предприятия.

Нейронные трюки

Но почему мухи в темноте видят медленнее? Возможно, вы заметили, что ваше собственное зрение становится вялым и размытым в темноте и гораздо менее красочным. Аналогичный процесс происходит и у насекомых. Низкое освещение означает меньше фотоновИ точно так же, как камеры и телескопы, глаза зависят от фотонов при создании изображений.

Но в отличие от хорошей камеры, которая позволяет вам использовать объектив большего размера и собирать больше фотонов в темноте, животные не могут поменять оптику своих глаз. Вместо этого они полагаются на суммирование, нейронная стратегия, которая объединяет входные данные соседних пикселей или увеличивает время выборки фотонов для формирования изображения.

Большие пиксели и более длительная выдержка улавливают больше фотонов, но ценой резкости изображений. Суммирование эквивалентно съемке фотографий на зернистую пленку (более высокое значение ISO) или с длинной выдержкой, что приводит к более размытым изображениям, но избегайте недоэкспонировать ваши предметы. Летит, особенно маленькие, не могут быстро видеть в темноте, потому что в каком-то смысле они ждут прибытия достаточного количества фотонов, пока не будут уверены в том, что видят.

Маневренность полета

Помимо быстрого восприятия надвигающихся угроз, мухи должны уметь улетать за доли секунды. Это требует подготовки к взлету и быстрые маневры полета. Например, после визуального обнаружения надвигающейся угрозы плодовые мухи меняют позу. одна пятая секунды перед взлетом. Хищные мухи, такие как убийца летает, координировать свои ноги, крылья и жужжальца — остатки крыльев в форме гантелей, используемые для определения вращений в воздухе — чтобы быстро поймать добычу в полете.

Полет мухи. Обратите внимание, как они меняют позу перед взлетом. Источник: Нью-Йорк Таймс.

Как лучше прихлопнуть муху

Чтобы перехитрить муху, вы должны ударить быстрее, чем она сможет обнаружить вашу приближающуюся руку. Попрактиковавшись, вы сможете улучшить свои навыки, но мухи оттачивали свои навыки побега на протяжении сотен миллионов лет. Поэтому вместо того, чтобы прихлопывать, лучше использовать другие способы борьбы с мухами, такие как установка ловушек для мух и уборка задних дворов.

Побегное поведение мухи в замедленной съемке. Источник: Флориан Муйрес и др., Science, 2014 г.

Вы можете заманить некоторых мух в бутылку с узким горлышком, наполненную яблочным уксусом и пивом. Установка воронки в горлышке бутылки облегчает им вход, но затрудняет выход.

Что касается комаров, то некоторые коммерческие репелленты могут сработать, но удаление застоявшейся воды в доме – в некоторых растениях, горшках или любых открытых контейнерах – поможет. ликвидировать места их яйцекладки и с самого начала уменьшите количество комаров вокруг. Избегайте инсектицидов, так как они также вредить полезным насекомым например, пчелы и бабочки.

Джейми Теобальд получает финансирование от Национального научного фонда (IOS-1750833).

Последнее сообщение в блоге

DARPA и GE ищут у Butterfly Wings лучшие химические сенсоры
September 04, 2023

Исследователи из GE Global Research работают при финансовой поддержке DARPA над использованием технологии бабочки для создания нового поколения......

Службы экстренного реагирования подарили Google Glass вторую жизнь
September 04, 2023

Когда сотрудники служб экстренного реагирования выходят на место активной стрельбы или разлива химикатов, они должны быстро решить, как расставить ...

Почему почтовые отделения должны снова предлагать бесплатные банковские услуги
September 04, 2023

Данные недавней переписи населения показывают, что десятки миллионов американцев все еще «не имеют достаточного доступа к банковским услугам». Те...