Sie können die Fliege nicht erschlagen? Neue Idee der Wissenschaftler: Lassen Sie sie VR spielen …

Mit dem Beginn des 5G-Zeitalters ist die in den letzten Jahren populär gewordene virtuelle Realität (VR) wieder in das Blickfeld der Menschen gerückt. Obwohl die mit dieser Technologie verbundenen Branchen noch in den Kinderschuhen stecken, zeigt sich ihre Vitalität bereits in allen Lebensbereichen. VR wird nicht nur für Menschen, sondern sogar für Tiere entwickelt. Sie sind sicher sehr neugierig, wofür Tier-VR eingesetzt werden kann? Nach der Lektüre dieses Artikels werden Sie verstehen, dass Tier-VR ein leistungsstarkes Werkzeug für die zoologische Forschung sein kann.

Die Flugfähigkeit der Insekten hat den Himmel der Welt weitgehend erobert. Die Menschheit war schon immer neugierig auf den Mechanismus, mit dem das Gehirn von Insekten ihren Flug steuert, und zahllose Rätsel konnten nie vollständig gelöst werden. Wie navigieren beispielsweise Insekten? Wie weit ist ihre Vision entwickelt? Können sie allein anhand ihres Sehvermögens zwischen Nahrung und Bedrohung unterscheiden? Beeinflussen Luftströmungen und Gerüche das Bewegungsverhalten von Insekten?

Indische Wissenschaftler haben im Labor ein luxuriöses VR-„Unterhaltungssystem“ für Insekten gebaut, das es ihnen ermöglicht, durch bloßes Flügelschlagen frei zu schwimmen. In dieser virtuellen Welt gibt es ihre Lieblingsspeisen, angenehme Düfte und Luftströmungen, die ihnen einen Vorteil verschaffen können. Sie können stundenlang ohne Unterbrechung vor dem Bildschirm fliegen. Es klingt etwas mysteriös, aber die Frage ist: Ist es wirklich notwendig, sich so viel Mühe zu geben, um ein solches Insekten-VR-System zu bauen? Welche aussagekräftigen Informationen können wir daraus gewinnen?

Der Nutzer dieses Systems, die Apfelfliege, ist eine Spezies, die in ihrer Ernährung äußerst wählerisch ist und sich nur für eine einzige Nahrungsart interessiert: Äpfel (von Apfelbäumen). Die Apfelfruchtfliege verbringt ihr gesamtes Leben in der Nähe von Äpfeln. Er lebt in Obstgärten, wo er Äpfel frisst, trinkt, kotet, sich paart und Eier legt. Abgesehen vom anderen Geschlecht sind Äpfel die einzigen Dinge auf der Welt, die für sie eine Bedeutung haben. Dieses wählerische Essverhalten, das aus evolutionärer Sicht äußerst unfortschrittlich ist, reicht aus, um Darwin wütend zu machen. Sie sind jedoch wertvolle Modelltiere für die Verhaltensforschung von Insekten.

Die Redewendung „panisch umherfliegende Fliegen“ bezieht sich oft auf die Unberechenbarkeit der Flugrouten und -ziele von Insekten. Um es zu untersuchen, benötigen wir ein ausreichend einfaches Modell. Das VR-System und die Apfelfliege stellen eine ausreichend vereinfachte Forschungsplattform und ein Forschungsobjekt dar, die perfekt zueinander passen.

Virtual-Reality-Unterhaltungssystem (Foto mit freundlicher Genehmigung von Visual China)

Während des Experiments wurden die Apfelfliegen in der Mitte des Instruments fixiert. Obwohl ihre Bewegungsfreiheit bis zu einem gewissen Grad eingeschränkt war, war es keineswegs so grausam, wie mit einer dünnen Nadel durchstochen zu werden. Stattdessen wurde eine sehr lange, dünne Nadel mit Klebstoff an ihrem Brust-Exoskelett befestigt, und zwar an einer Stelle, die der zwischen den beiden Schulterblättern des menschlichen Körpers ähnelt. Der Grund hierfür ist ganz einfach. Erstens: Selbst wenn es sich bei den Forschungsobjekten um Insekten handelt, ist mit Kritik an Tierquälerei zu rechnen. Daher versuchen die Forscher, ihre Forschung so durchzuführen, dass die Apfelfliege nicht geschädigt wird. Zweitens: Je stärker die körperlichen Einschränkungen der Versuchspersonen sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie sich unwohl fühlen und die Forschungsbedingungen stärker von der Idealsituation abweichen.

Der Bau dieses Systems dauerte fünf Jahre. Wenn es auf von Menschen entwickelten VR-Spielen basieren würde, wäre dieses Spieleunternehmen schon längst pleite. Der Grund für den großen Aufwand liegt vor allem darin, dass Insekten-VR viele Eigenschaften aufweist, die sich von menschlicher VR unterscheiden, was die Forscher zu umfangreichen Untersuchungen und Verbesserungen zwingt.

Dank der gemeinsamen Anstrengungen von Menschen und Insekten wurde dieses experimentelle Insekten-VR-System schließlich offiziell eingeführt. Auf seinem Bildschirm sind alle Elemente eines natürlichen Obstgartens zu sehen: blauer Himmel, weiße Wolken, grünes Gras und Apfelbäume. Wenn die Apfelfruchtfliege sie sieht, möchte sie einfach losfliegen. Sobald sie anfangen, mit den Flügeln zu schlagen, wird das Bild entsprechend aktualisiert und kann sogar der Drehung der Apfelfruchtfliege innerhalb eines bestimmten Winkels entsprechen. Zusätzlich zum Anzeigemodul ist das System auch mit Mehrwegekanälen zur Luft- und Geruchszufuhr ausgestattet.

Welche Ergebnisse hat uns das Insekten-VR-System gebracht? Die Forscher stellten fest, dass die Fruchtfliegen keine besondere Flugneigung zeigten, wenn auf dem Bildschirm überhaupt keine Apfelbäume zu sehen waren. Sobald jedoch ein Apfelbaum auftaucht, steuern sie ihn sofort an und versuchen, darauf zu landen. Dies deutet darauf hin, dass die Apfelfruchtfliege dreidimensionale Objekte erkennen kann, die in VR-Systemen erscheinen. Es ist erwähnenswert, dass Aedes aegypti, die Kranichmücke und Cercopithecus cerevisiae mithilfe dieses VR-Systems bestimmte Objekte vom Hintergrund unterscheiden können.

Wenn es überhaupt keine visuellen Hinweise gibt, wie etwa das unveränderte Hintergrundbild, welche Hinweise würde die Apfelfruchtfliege dann zur Navigation verwenden? Die Antwort ist Luftstrom und Geruch. Da keine wirksamen visuellen und Geruchsinformationen vorhanden sind, nutzt die Apfelfruchtfliege ihre Fühler und die über ihren Körper verteilten Haare, um die Richtung des Luftstroms zu erfassen. Auf diese Weise wählt sie eine sinnvolle Flugroute, schwimmt mit der Strömung und verringert den Energieverlust. Sobald ein Geruchssignal vorhanden ist, bewegt sich die Apfelfliege sofort in die Richtung des Geruchs. Dieses Experiment bestätigt erstmals, dass Insekten auch dann noch auf andere Weise navigieren können, wenn sie ihr Sehvermögen verlieren.

Die Untersuchung des Flug- und Navigationsverhaltens von Insekten hat im wirklichen Leben eine große praktische Bedeutung und die entsprechenden Ergebnisse können bei der Schädlingsbekämpfung, der Bestäubung von Nutzpflanzen und der Vorbeugung von durch Insekten übertragenen Krankheiten eine Rolle spielen. Vielleicht können wir in Zukunft Fliegenklatschen erfinden, die Fliegen dazu bringen, freiwillig ihr Leben zu opfern, und das Fliegenklatschen wird keine schwierige Aufgabe mehr sein, die Atem anhalten und Konzentration erfordert.

Was ist virtuelle Realität

Virtuelle Realität (abgekürzt VR), auch als virtuelle Umgebung bekannt, ist eine dreidimensionale virtuelle Welt, die durch Computersimulation erstellt wird. Durch die Simulation des Sehvermögens und anderer Sinne des Benutzers können Objekte im dreidimensionalen Raum sofort und ohne Einschränkungen beobachtet werden, was dem Benutzer ein immersives Gefühl vermittelt. Wenn sich der Benutzer bewegt, kann der Computer sofort komplexe Berechnungen durchführen und genaue dreidimensionale Bilder der Welt zurücksenden, um ein Gefühl der Präsenz zu erzeugen. Diese Technologie integriert die neuesten Entwicklungen in den Bereichen Computergrafik, Computersimulation, künstliche Intelligenz, Sensorik, Anzeige und Netzwerkparallelverarbeitung. Es handelt sich um ein Hightech-Simulationssystem, das mit Hilfe der Computertechnologie erstellt wurde.