Vliegende vogels kunnen grote afstanden afleggen zonder veel energie te gebruiken. Daarvoor gebruiken ze thermiek in de lucht. Maar om echt te kunnen uitvinden hoe vogels dit toepassen, is meer nodig dan een computermodel. Onderzoekers testen hun ideeën daarom met mechanische vogelachtige zweefvliegtuigjes en versterkend lerende algoritmes.
Medio 2016 bracht de universiteit van Californië San Diego onderzoek naar buiten met nieuwe inzichten rond migrerende vogels en hoe deze dieren gebruik maken van stijgende warme luchtstromen om hoogte te winnen en weinig energie te gebruiken. Dit systeem vereist complexe keuzes in een turbulente omgeving van een stijgende warme luchtkolom. Hoe vogels zich door zo’n systeem heen weten te navigeren wisten de onderzoekers toen aardig te reconstrueren.
Met wiskundige modellen van zweefvliegtuigen werd onderzocht wat voor leerstrategieën vogels zouden kunnen toepassen om zich door de thermiek heen te bewegen. Dit bleek een goed moment om de statische wiskundige modellen te verlaten en op zoek te gaan naar andere manieren van testen. Hiervoor zetten de onderzoekers reinforcement learning algorithms in, ofwel versterkend lerende algoritmes. Dit soort algoritmes kan leren van fouten door feedback van de omgevingsfactoren mee te nemen.
Omgevingsfactoren
Uit dit eerdere onderzoek bleek hoe in een simulatie een zweefvlieger het beste gebruik kon maken van verschillende omgevingsfactoren, namelijk verticaal versnellende wind en het draaimoment of torsie (de kracht die ervoor zorgt dat het zweefvliegtuig omrolt in de lucht). Uit de simulaties bleek ook dat temperatuurverschillen weinig bijdroegen aan het succes van de vlucht.
Dit onderzoek vroeg om in vivo tests. De onderzoekers, waaronder een aantal van het vorige onderzoek, bouwden daarom nu een zweefvliegtuig met een spanwijdte van twee meter. Dit vliegtuigje werd uitgerust met een flight controller die precies de steile (bank) en hellingshoek kon besturen. De manier hoe te navigeren werd louter bepaald door de ervaringen van eerdere vluchten.
Uit het eerdere onderzoek was gebleken dat temperatuur nauwelijks van belang was voor het bepalen van de koers.
Het onderzoek laat zien dat voor vogels de navigatiestrategie gebaseerd kan zijn op de belangrijke rol van verticale windversnelling en draaimomenten.
Verder onderzoek naar de navigatieaanwijzingen van vogels kunnen niet alleen onze kennis over het gedrag van vogels verbeteren, maar ook de ontwikkelingen van autonome langeafastandszweefvliegtuigen verbeteren. Zo sla je twee vliegen in één klap.
