تطوير توأم رقمي لذبابة الفاكهة.. اختراق علمي مثير
طور علماء من مدرسة لوزان لعلوم الحياة بسويسرا، نموذجا رقميا لذبابة الفاكهة سوداء البطن، يحاكي بشكل واقعي حركات الحيوان.
ويعتبر التوأم خطوة كبيرة نحو الهندسة العكسية للتحكم العصبي في سلوك الحيوان، وتطوير الروبوتات المستوحاة من الأحياء.
ويقول البروفيسور بافان رامديا من مدرسة لوزان لعلوم الحياة بسويسرا: "لقد استخدمنا نوعين من البيانات لبناء النموذج، فأخذنا أولاً، ذبابة حقيقية وأجرينا مسحًا مقطعيًا لبناء نموذج ميكانيكي حيوي واقعي من الناحية الشكلية، وكان المصدر الثاني للبيانات هو حركات الأطراف الحقيقية للذبابة، والتي تم الحصول عليها باستخدام برنامج تقدير الوضع الذي طورناه في السنوات الأخيرة ليتيح لنا تتبع تحركات الحيوان بدقة".
ونشرت المجموعة البحثية، الأربعاء، في دورية "نيتشر ميثودس"، دراسة تعرض أول "توأم رقمي" دقيق على الإطلاق من ذبابة الفاكهة سوداء البطن، وأطلقوا عليه عليها اسم "NeuroMechFly".
وذبابة الفاكهة هي الحشرة الأكثر استخدامًا في علوم الحياة ولسنوات طويلة عمل البروفيسور بافان رامديا على أبحاث تعمل على تتبع هذا الحيوان رقميًا ونمذجته، ونشر في 2019 دراسة عن برنامج لالتقاط الحركة قائم على التعلم العميق يستخدم عدة مشاهدات للكاميرا لتحديد حركات ذبابة الفاكهة في الفضاء ثلاثي الأبعاد.
واستمرارا للتعلم العميق، جرى نشر دراسة عن طريقة لإعادة بناء أشكال حيوانات ثلاثية الأبعاد من صور ثنائية الأبعاد مأخوذة من كاميرا واحدة، وزودت هذه الأنواع من الاختراقات علماء الأعصاب والروبوتات المستوحاة من الحيوانات بأدوات لا يمكن المبالغة في فائدتها.
ويمثل نموذج التوأم الرقمي للذبابة اختراقا علميا، حيث يتميز بأجزاء حسابية مستقلة تحاكي أجزاء مختلفة من جسم الحشرة، ويتضمن هذا النموذج الهيكل الخارجي الميكانيكي الحيوي مع أجزاء مفصلية من الجسم، مثل الرأس والساقين والأجنحة وأجزاء البطن والخرطوم والهوائيات والرسن (الأعضاء التي تساعد الذبابة على قياس اتجاهها أثناء الطيران) و"أجهزة التحكم" للشبكة العصبية.
ويقول رامديا إن أحد الدوافع الرئيسية وراء هذا العمل الأخير هو البدء في بناء نموذج يدمج ما نحن على علم به حول الجهاز العصبي للذبابة والميكانيكا الحيوية لاختبار ما إذا كان ذلك كافيا لشرح سلوكها.
وكما هو موضح في الورقة البحثية، يمكن للنموذج في الواقع أن يتنبأ بأشكال الحركة المختلفة التي لا يتم قياسها بطريقة أخرى، مثل عزم دوران الأرجل وقوى رد فعل التلامس مع الأرض، وأخيرًا تمكنوا من استخدام القدرات الميكانيكية العصبية الكاملة للنموذج في اكتشاف الشبكة العصبية وأشكال العضلات التي تسمح للطيران بطرق مُحسَّنة لكل من السرعة والاستقرار.
aXA6IDMuMTUuMjE0LjE4NSA= جزيرة ام اند امز
