Har du sett en fårhund samla får på en sluttning? Fåren rör sig i vågor och pulserar fram och tillbaka, hunden väver bakom och runt dem. Kisar lite och det är som att se järnfil på ett papper som dras runt av en magnet under, eller en flock starar som hoppar från en närmande falk, eller en fiskskola som undviker en mötande pingvin.

Mönstren ser lika ut mellan varje händelse eftersom det samordnade beteendet vi ser i fårflockar eller fiskskolor - där individer alla är tätt packade och anpassade i en viss riktning - kan minska deras chanser att identifieras eller ätas av rovdjur.

Fascinerad av dessa mönster, vi bestämde oss för att undersöka hur dessa anti-rovdjurseffekter fungerar, genom att använda GPS för att spåra får och en fårhund:

Vad vi hittade stödde det mångåriga påståendet att enskilda djur reagerar på potentiell fara genom att gå mot mitten av en flyktande grupp-en teori som kallades "egoistisk besättning" som först föreslogs av den stora evolutionära biologen Bill Hamilton på 1970-talet.

Hundregler

Dock, det var något ännu mer intressant än hur fåren flockades - fårhundens beteende. Hur lyckades hunden manövrera och manipulera så många får med så tydlig lätthet? Vilka regler använde hunden? För att undersöka detta byggde vi en modell för fårens och fårhundens beteenden, och jämförde datorsimuleringar med de verkliga data vi hade samlat in:

Vi fann att hunden verkade använda två mycket enkla regler. Det skulle driva fåren bakifrån, mot målet, men om fåren blir för spridda, hunden skulle röra sig mot kanten av den läckande flocken. Eftersom fåren rör sig bort från hunden och mot varandra när hunden kommer för nära (kom ihåg järnspån och magnet) blir resultatet en sammanhållen fårflock och en herdehund som väver bakom flocken.

Men vi kodade inte in vävning i vår modell - bara de två enkla reglerna - och ändå presenterade vår modellherde fortfarande samma vävbeteende som hunden. Detta fenomen, där en modell har egenskaper som vi inte "kodade in" är det som kallas ett framväxande beteende.

Robotherdar

När vi inledningsvis beskrev denna "herdmodell" utifrån de två reglerna, vi sa att vårt arbete "föreslår nya sätt på vilka robotar kan utformas för att påverka rörelser av levande och artificiella agenter". Detta ledde till stor uppmärksamhet i media, och upprördhet över att vi ville ersätta fårhundar med robotar. Det gjorde vi inte, men vi tror att det är möjligt att bygga robotar för insamlings- och vallningsuppgifter, inspirerad av fårhundens beteende.

För att testa våra påståenden, vi programmerade nyligen en enkel robot för att följa våra "hundregler", och fick den att samla in små (livlösa) föremål av plast. Vi fann att roboten gjorde ett utmärkt jobb. Utan hjälp från oss, roboten snabbt identifierade och samlade föremålen, anpassa sitt beteende om vi kastar in fler föremål för att det ska samlas. Roboten lyckades i alla våra försök:

Nästa steg är att göra allt detta i den verkliga världen. Även om vi använde en enkel robot i en enkel laboratoriemiljö, våra resultat tyder på att vårt tillvägagångssätt skulle kunna användas för att slutföra olika insamlings- och vallningsuppgifter.

En lämplig robot programmerad med våra algoritmer kan användas för att rensa oljeutsläpp, plast eller andra föremål från miljön. Det kan också hålla djur borta från, eller flocka dem till, en specifik plats utan mänsklig hjälp. För att uppnå detta hoppas vi kunna samarbeta med ingenjörer och robotforskare som kan hjälpa oss att ta vårt arbete framåt.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.