Alla som har sett en flock starar vrida sig och vända sig över himlen kanske undrat:Hur manövrerar de i en så nära formation utan att kollidera?

"Många typer av djur svärmar eller flockas eller på annat sätt rör sig på samordnade sätt, " säger Nicholas Ouellette, en docent i civil- och miljöteknik vid Stanford. "Inget enskilt djur vet vad alla andra djur gör, ändå rör de sig på något sätt sammanhållet som en grupp."

Förstå exakt hur de gör detta, Ouellette säger, kan vara en nyckel till att hjälpa ingenjörer att designa "flockar" av flygdrönare och förarlösa bilar. Att emulera djursvärmar är attraktivt eftersom de inte bara fungerar utan central kontroll utan de är också feltoleranta, för att använda en ingenjörsterm, vilket innebär att de snabbt och graciöst kan anpassa sig till plötsliga eller oväntade förhållanden. Svärmar är också motståndskraftiga genom att de kan verka i smutsiga, störda miljöer.

Så Ouellette och hans team har påbörjat en serie studier som utforskar hur djursvärmar utvecklar den typ av självorganiserade och självreglerande system som skulle tillåta enheter som drönare och mobila sensorer att fungera säkert och effektivt, utan den typ av toppstyrda kontroller som är typiska, till exempel, något som flygledningssystemet.

Istället för att undersöka starar eller andra fåglar, vilket skulle vara opraktiskt att studera i labbet på grund av det utrymme de behöver för att flyga, Ouellette och hans besättning tittar på icke-bitande myggor, en typ av flygande insekt som ofta finns nära vatten eller i skuggan av träd. Till skillnad från starar, vars graciösa formationer, som kallas sorl, få oss att stirra upp mot himlen, myggor surrar runt i kaotiskt, molnliknande massor. Men, säger Ouellette, myggsvärmar delar fortfarande gemensamma drag med fågelflockar och andra djurgrupper, genom att svärmarna förblir sammanhållna utan någon yttre kontroll eller ledarskap.

"Miggor är så små, de är lätta att hålla i ett labb, " Ouellette säger. "De svärmar i skymning och gryning och är lätta att se med ljus." I hans labb, myggorna lever i en ungefär 5 fot lång plastkub, omgiven av höghastighetskameror som han använder för att rekonstruera 3D-banor för varje insekt—riktning, acceleration – all väsentlig kinematisk information som behövs för att karakterisera svärmrörelser.

Genom att arbeta i labbet kan Ouellettes team köra experiment för att testa olika modeller. Teamet börjar med observerade data tagna från kamerabilderna. Sedan använder de dessa data för att testa hypoteser om vilka typer av regler som kan styra myggrörelser. Men eftersom naturligt svärmbeteende inte ger tillräckligt med information för att skilja mellan många hypoteser, forskarna stör också svärmen med hjälp av ljus och ljud för att observera om den verkliga svärmen påverkas som deras föreslagna regler hade förutspått.

Ouellette säger att det är för tidigt att designa konstgjorda system som beter sig på samma sätt som djurgrupper. Men hans team utvecklar den typ av experimentell miljö som andra forskare en dag kan använda för att bygga och testa högteknologiska system baserade på svärmarnas visdom nerifrån och upp snarare än de uppifrån-och-ned-regler som kännetecknar många tekniska företag.

"Som ingenjörer gillar vi att kontrollera saker, "Ouellette säger. "Men vi har mycket att lära av insekter och andra djur som fungerar bra utan mänskliga kommando- och kontrollramar."