Research press release


Nature Communications

Physics: Modelling how birds regulate speed within a flock

ムクドリの大群のような群れの中で、個々の鳥が飛行速度を調節する仕組みをモデル化したことを報告する論文が、Nature Communications に掲載される。このモデルは、生物系の集団ダイナミクスに関する理解を深めるかもしれないだけでなく、スワームロボット装置の開発にとって重要な意味を持つ可能性がある。


今回、Antonio Cullaたちは、限界速度制御に基づいた数理モデルを構築した。このモデルは、飛行速度の個体差と群れのサイズの違いを考慮に入れ、10~3000羽の範囲内の規模の群れについて実験的に観察された特徴を再現した。Cullaたちは、自然のムクドリの群れの映像から抽出された個々のムクドリの軌跡を解析し、人工の群れの数値シミュレーションで観察された動態と比較した。その結果、このモデルが、群れ間の速度差に限界が存在する状態との大規模な相関を再現することが明らかになった。これは、観察された実験データに対応していた。


How a bird’s individual speed is regulated within a flock, such as during murmurations, is modelled in a study published in Nature Communications. The model could improve our understanding of collective dynamics in biological systems and may have implications for the development of swarming robotic devices.

Empirical data show that the changes of velocity of individual birds within large flocks influence each other over large distances, and leads to collective displays such as murmurations. However, how birds regulate their speed within a group is not well understood. Previous studies of collective bird dynamics have suggested linear models to describe internal speed control, but these do not simultaneously explain how birds can influence each other over long distances and also the limited group-to-group speed variability observed in biological data.

Antonio Culla and colleagues developed a mathematical model with marginal speed control that takes into account differences in individual bird’s speed and flock sizes, and reproduces experimental traits of flocks ranging between 10 and 3,000 in group size. The authors analyzed individual trajectories of starlings extracted from videos of natural flocks and compared the observed dynamics with numerical simulations of an artificial flock. The model was then able to reproduce large-scale correlations with limited speed variability from flock to flock, which corresponded to the observed experimental data.

The authors argue their model could aid our understanding of collective dynamics and internal mechanisms of regulation in biological systems, and potentially expand our knowledge beyond bird flocks. They suggest that understanding how individual speed is regulated within a group could have practical applications in the field of robotics to enhance correlation and reduce large speed fluctuations in swarms of artificial units.

doi: 10.1038/s41467-022-29883-4

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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