Fabien Samuel
Les mouches voleuses sont des acrobates aérodynamiques, capables de repérer leurs proies, d’esquiver les obstacles et de capturer des insectes plus petits à grande vitesse en plein vol. Les scientifiques ont examiné de plus près comment les mouches voleuses gèrent cet exploit incroyable malgré leur cerveau de la taille d’un seul grain de sable. Selon un nouvel article publié dans le Journal of Experimental Biology, les mouches combinent deux stratégies de navigation distinctes basées sur la rétroaction : une qui consiste à intercepter la proie lorsque la vue est dégagée, et une autre qui permet aux mouches de contourner tout obstacle dans leur vol. chemin.
L’un des défis de la robotique est de savoir comment concevoir des robots capables de naviguer dans des environnements encombrés, ce que les humains et les autres animaux parviennent à faire instinctivement chaque jour. Selon les auteurs, de nombreux systèmes robotiques reposent sur une sorte de planification de trajectoire : utiliser le son (sonar) ou des lasers pour envoyer des signaux, puis détecter les réflexions. Ces données peuvent ensuite être utilisées pour construire une carte de distance des environs.
Mais par rapport à l’utilisation de repères visuels simples (c.-à-d. « méthodes réactives »), la planification de trajectoire est une approche coûteuse en termes de consommation d’énergie. Les humains et les autres animaux n’ont pas besoin de cartes élaborées ou de connaissances spécifiques sur l’emplacement, la vitesse et d’autres détails d’une cible. Nous réagissons simplement à tout stimulus pertinent dans notre environnement en temps réel. Concevoir des algorithmes comportementaux de navigation basés sur des systèmes biologiques est donc d’un grand intérêt pour les roboticiens.
Des études antérieures se sont concentrées sur la capacité de diverses espèces, y compris les mouches des fruits et les pigeons ainsi que les humains, à négocier des environnements encombrés. « Cependant, dans ces cas, l’évitement d’obstacles était le seul objectif », ont écrit les auteurs. « Naviguer autour d’un obstacle est plus difficile lorsqu’un emplacement particulier agit comme une cible, car l’aversion pour les obstacles doit être contrebalancée par l’objectif de navigation. »
C’est pourquoi le bio-ingénieur Samuel Fabian de l’Imperial College de Londres et trois collaborateurs de l’Université du Minnesota ont décidé de mener leurs propres expériences en utilisant la mouche voleuse prédatrice (Holocéphala fusca) comme cobaye. La mouche voleuse a été choisie en raison de sa trajectoire d’interception hautement prévisible pour attraper des proies. De plus, sa petite taille et son comportement relativement rapide (la plupart des vols durent moins d’une seconde) « nécessitent des réactions rapides avec un effort de calcul minimal », ont écrit les auteurs.
Fabien et coll. comparer le comportement de chasse de la mouche voleuse à celui des faucons, des éperviers et des missiles guidés modernes. Les mouches voleuses chassent généralement en se perchant quelque part qui leur donne une vue dégagée du ciel. Une fois qu’une mouche voleuse repère une proie potentielle et commence sa poursuite, la mouche doit naviguer à la fois pour intercepter la proie et éviter tout obstacle en cours de route, comme des branches errantes.
Les mouches voleuses ont été présentées avec une cible mobile sous la forme d’une petite perle réfléchissante argentée tirée le long d’une ligne de pêche transparente avec des poulies et un moteur pas à pas. « Les mouches ne savaient vraiment pas que ce n’était pas de vraies proies, même lorsqu’elles étaient très proches », a déclaré Fabian. « Si quelque chose est assez petit, ils semblent généralement supposer que c’est de la nourriture. »
Le cadre contenait également un obstacle : une barre d’acétate peinte à la peinture acrylique noire, en version fine (2,5 cm) ou épaisse (5 cm), placée juste en dessous de la trajectoire de la cible. « Le placement exact de la barre et la trajectoire initiale de la mouche ont déterminé si l’objet est devenu un obstacle sur la trajectoire de vol et s’il a obscurci la cible », ont écrit les auteurs.
Les chercheurs ont enregistré tous les vols dans des conditions de terrain pour obtenir le comportement le plus naturaliste. Ensuite, ils ont reconstitué numériquement 26 vols de mouches voleuses poursuivant le bourrelet en mouvement en présence d’un obstacle. La manœuvre de l’équipement aérien avait tendance à effrayer les mouches, de sorte que ces 26 vols représentent des mouches qui sont restées sur leur perchoir alors que l’appareil était installé autour d’elles au lieu de s’envoler.
Résultat : lorsqu’il n’y avait pas d’obstacle, les mouches voleuses maintenaient la même ligne de mire vers le bourrelet tout au long de leur approche afin d’intercepter et de capturer leur proie. Lorsqu’une barre noire mince ou épaisse obscurcissait partiellement leur vue pendant de brèves périodes (moins de 0,1 seconde), les mouches se livraient à des manœuvres d’évitement pour contourner l’obstacle avant de reprendre la route pour une interception. Parfois, une mouche déviait en réponse à une barre noire même lorsque la barre n’obscurcissait pas leur champ de vision. Et lorsque les chercheurs obscurcissaient la ligne de mire des mouches pendant plus de 0,1 seconde, les mouches abandonnaient complètement l’interception.
Fabien et al. ont conclu que les mouches voleuses utilisaient une simple stratégie d’évitement d’obstacles en combinaison avec leur stratégie d’interception standard, qu’ils ont appelée guidage combiné. « Plus l’obstacle s’agrandit rapidement dans leur champ de vision, plus ils s’en détournent », a déclaré Fabian. Les mouches reviennent à la trajectoire d’interception une fois que ledit obstacle commence à s’éloigner de la vue. « Ils font attention à leur environnement même lorsqu’ils sont concentrés sur la cible. »
Cela « démontre que l’évitement d’obstacles peut être le produit de simples lois de rétroaction qui ne nécessitent pas une connaissance absolue de la distance, de la taille ou de la vitesse », ont écrit les auteurs, en accord avec des travaux antérieurs montrant que de simples lois de rétroaction peuvent également expliquer l’interception des mouches. stratégie. Certes, cela est basé sur un nombre limité d’essais sur le terrain, et l’équipe espère mener d’autres essais à l’avenir.
DOI : Journal of Experimental Biology, 2022. 10.1242/jeb.243568 (À propos des DOI).