Миллион лет назад саундтрек гор «небесного острова» в Восточной Африке мог быть очень похож на сегодняшний. Это связано с тем, что группа крошечных разноцветных птиц поет одни и те же мелодии уже более 500 000 лет — а может быть, и 1 миллион лет, согласно новому исследованию.

Птицы семейства Нектарницевые (лат. Nectariniidae) — это красочные крошечные птицы, питающиеся нектаром, которые напоминают колибри и распространены в Африке и Азии. Это «маленькие драгоценности, которые появляются перед вами», — сказал в своем заявлении старший автор Раури Боуи, профессор интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли и куратор школьного Музея зоологии позвоночных.

Синепоясничная нектарница (лат. Cinnyris mediocris), также известная как «нектарница небесного острова», обитает на вершинах высоких гор в Восточной Африке от Мозамбика до Кении. Эти высокие пики изолировали различные популяции или родословные этого вида друг от друга на протяжении от десятков тысяч до миллионов лет. Но, несмотря на то, что они вообще не взаимодействуют, многие популяции нектарниц небесного острова неотличимы друг от друга.

Синепоясничная нектарница — это крошечная красочная птичка, напоминающая колибри. Фото: Nigel Voaden / Wikimedia commons.

Боуи и его команда задались вопросом, оставались ли песни птиц также неизменными на протяжении веков. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи посетили 15 отдельных небесных островов в Восточной Африке в период с 2007 по 2011 год и записали песни 123 отдельных птиц из шести разных родословных линий нектарниц. Затем они разработали статистический метод для анализа эволюции песен нектарниц.

Оказывается, действительно, некоторые из этих изолированных популяций до сих пор поют одни и те же песни. Это говорит о том, что эти песни не сильно изменились за тысячи лет, в течение которых эти родословные линии были разделены. Исследователи также обнаружили, анализируя генетические различия между популяциями, что две популяции видов, которые были разделены дольше всего, имели почти идентичные песни, тогда как две другие популяции, которые были разделены на более короткое время, имели очень разные песни, согласно заявлению команды.

Выводы группы были неожиданными, поскольку биологи обычно ожидают, что пение птиц эволюционирует и меняется со временем в разных популяциях. По словам Боуи, идея о том, что песни птиц быстро развиваются, вероятно, возникла при изучении птиц в Северном полушарии, где условия окружающей среды менялись несколько раз за десятки тысяч лет. Считается, что птицы Северного полушария развили новые цвета, песни и поведение, чтобы лучше адаптироваться к новым условиям, таким как наличие или отсутствие ледников.

Но горы Восточной Африки претерпели очень мало геологических изменений, что позволяет предположить, что у нектарниц не было причин для развития другого оперения или песен. Исследователи пришли к выводу, что птицы и их песни могут оставаться неизменными в течение миллионов лет, пока изменения окружающей среды не заставят их развиваться быстро или импульсивно, согласно заявлению и сопроводительному видео.

«Если вы изолируете людей, их диалекты довольно часто меняются; через некоторое время вы можете сказать, откуда кто-то родом. И песни интерпретируются таким же образом», — сказал Боуи. «Наша работа показывает, что это не обязательно относится к птицам. Даже черты, которые должны быть очень лабильными, такие как песня или оперение, могут иметь длительные периоды застоя».

Сейчас ученые продолжают свои исследования в Восточной Африке, чтобы выяснить, почему у одних птиц появляются новые песни, а у других нет.

Результаты были опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Источник: Live Science

Робот, играющий в настольный теннис, может не отставать от людей, но, как и многие игроки-любители, он изо всех сил пытается сделать более удачные удары.

Япенг Гао, Йонас Теббе и Андреас Целль из Тюбингенского университета в Германии начали с разработки компьютерной симуляции, в которой виртуальная рука робота, оснащенная ракеткой для настольного тенниса, пыталась отбросить мячи для пинг-понга через виртуальный стол для настольного тенниса.

Исследователи выполнили это моделирование, чтобы алгоритм машинного обучения мог узнать, как скорость и ориентация ракетки влияют на траекторию мяча.

Как только этот алгоритм, который обучается методом проб и ошибок, смог надежно возвращать мяч, исследователи настроили его для управления движением реальной руки робота, расположенной рядом с реальным столом (на фото).

Система использовала две камеры для отслеживания местоположения реального мяча каждые 7 миллисекунд, а алгоритм обрабатывал сигналы и решал, куда переместить роботизированную руку, чтобы ударить и вернуть мяч.

Сигналы, которые отправлял алгоритм, позволяли руке робота точно воспроизводить удары с точностью до 24,9 сантиметра от предполагаемого места. Этот уровень точности был немного хуже, чем когда алгоритм работал с симуляцией - обычное явление, говорит Йонас Теббе, поскольку компьютерное моделирование не может точно представить все в реальной жизни.

Рука робота сталкивается с человеком-игроком. Фото: Yapeng Gao, Jonas Tebbe, and Andreas Zell

Весь процесс, включая обучение в виртуальном моделировании и в реальном мире, занял всего 1,5 часа, демонстрируя, как быстро алгоритмы могут научиться работать в новой ситуации.

Однако, хотя робот хорошо показал себя против игроков-людей, отбивая быстрые удары - но, что удивительно, это не касалось медленных ударов. «Если мяч движется медленно, роботу необходимо развивать большую скорость для ответного удара», - говорит Теббе. При попытке сделать это, мяч часто падал с ракетки.

«При обучении системы в течение относительно короткого периода времени, робот может хорошо справляться с различиями в подаче и может возвращать удар, используя случайную политику», - говорит Джонатан Эйткен из Университета Шеффилда в Великобритании, который не принимал участия в исследовании.

Эйткен был удивлен, что алгоритм провалился на задаче по возвращению медленных ударов. Он также находит интересным то, что иногда ему было трудно делать удары из-за механических ограничений робототехнической системы, а не из-за недостатков алгоритма.

У робота-манипулятора есть и другие ограничения. Например, он с трудом воспроизводит удары с обратным вращением, говорит Андреас Целль, потому что рука робота не может удерживать ракетку под требуемым углом, необходимым для выполнения таких ударов. Но, несмотря на эти проблемы, он считает, что робот - хороший игрок.

«Это не хуже, чем у обычного человека-игрока», - говорит он. «Он уже на одном уровне со мной».

Статья была опубликована в arXiv.

Источник: New Scientist

Ученые Кембриджского университета разработали новый тип мягкого материала, способного выдерживать огромные нагрузки. Описанный как «супержеле», новый гидрогель использует уникальную внутреннюю структуру, подобную молекулярным наручникам, чтобы реагировать на сжатие, переходя в состояние, подобное стеклу, что позволяет его переехать автомобилем без раздавливания.

Гидрогели представляют большой интерес для материаловедов. Высокое содержание воды делает их пригодными для использования в организме человека и придает им эластичные и самовосстанавливающиеся свойства, которые можно использовать в робототехнике, современных контактных линзах, искусственных тканях и заживлении ран. Авторы этого нового исследования стремились расширить эти возможности, изменив лежащую в основе молекулярную структуру.

«Чтобы создать материалы с желаемыми механическими свойствами, мы используем сшивающие агенты, в которых две молекулы соединены химической связью», - говорит д-р Цзехуан Хуанг, первый автор исследования. «Мы используем обратимые сшивающие агенты для изготовления мягких и эластичных гидрогелей, но сделать твердый и сжимаемый гидрогель сложно, а создание материала с этими свойствами совершенно нелогично и противоречит здравому смыслу».

Чтобы добиться этого, ученые обратились к бочкообразным молекулам, называемым кукурбитурилами, которые «сковывают наручниками» пары других молекул внутри своей полости. Затем они использовали молекулы, разработанные специально для того, чтобы оставаться внутри этой полости дольше, чем обычно, что позволяет сохранять сеть плотно связанной и позволяя ей изменяться от резиноподобного состояния до состояния, напоминающего сверхтвердое, небьющееся стекло.

По словам команды, это позволяет «супержеле» противостоять силам, эквивалентным весу слона, стоящего на нем, и не быть раздавленным. Поскольку слонов под рукой не было, команда провела испытание материала, вместо этого проехавшись по нему на машине, продемонстрировав, как он может вернуться к своей первоначальной форме.

«При 80-процентном содержании воды можно подумать, что он разорвется на части, как воздушный шар с водой, но это не так: он остается неповрежденным и выдерживает огромные сжимающие силы», - говорит профессор Орен А. Шерман, который руководил исследованием. «Свойства гидрогеля кажутся противоречащими друг другу».

Ученые разработали совершенно новый мягкий, но прочный, эластичный материал, который может восстанавливать свою первоначальную форму после того, как его переехал автомобиль. Фото: Zehuan Huang

Ученые также использовали новый материал, чтобы сделать датчик давления для движений человека, таких как стояние, ходьба и прыжки. В настоящее время они продолжают совершенствовать материал с целью адаптации его для биомедицинских приложений, таких как замена хряща и, потенциально, для использования в мягкой робототехнике.

«Насколько нам известно, это первый случай получения стеклоподобных гидрогелей», - говорит Хуанг. «Мы не просто пишем что-то новое в учебники, что действительно интересно, но мы открываем новая главу в области мягких материалов с высокими эксплуатационными характеристиками».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials, а на видео вы можете увидеть, как супержеле переезжают машиной.

Источник: University of Cambridge