Inspiracja do projektu była chęć podjęcie próby zaimplementowania i zasymulowania skomplikowanych zachowań antagonistycznych i strategi polowania, jakie występują w świecie przyrody.
Próby takie były już podejmowane w świecie naukowym, jednak zagadnienie jest tyle ciekawe, aby zająć się nim raz jeszcze.
Nasze symulacje przemyślenia i aplikacje oparliśmy na wiedzy o zachowaniach antagonistycznych w naturze, oraz algorytmach dotychczas opisanych i powielanych przez naukowców.
Skład zespołu projektowego to pięciu specjalistów:
Wszyscy członkowie zespołu, rozwijali projekt jako studenci Politechniki Wrocławskiej, w ramach kursu: Techniki komputerowe w robotyce.
Polecamy darmowe i opensource'owe narzędzia użyte podczas prac nad projektem:
Trochę info o inspirujących projektach natury...
Gepard (Acinonyx jubatus) dawniej występował na południu, północy i zachodzie Afryki, w południowej Azji, na południu Indii i Bliskim Wschodzie. Dzisiaj z rzadka spotykane są w górach północnego Iranu i wzdłuż granicy z Turkmenistanu. Występuje ponadto w afrykańskich parkach narodowych. Ogólnie jest ich obecnie bardzo niewiele. Gepardy zamieszkują suche sawanny, czasami porośnięte drzewami.
Gepard jest smukłym i umięśnionym drapieżnikiem. Dorosły samiec waży od 38-58 kilogramów, a samica od 30-42 kilogramów. Długość ciała wynosi 112 do 135 cm, podczas gdy ogon pomagający mu w uzyskaniu zwrotności podczas biegu, mierzy do 84 cm. Uzyskuje więc rozmiary lwa, ale jest od niego kilka razy lżejszy. Ciało pokryte futrem brązowanym centrowanym futrem pozwala mu zamaskować się na sawannie. Budowa jest przystosowana do szybkiego biegu. Jako jedyny kot nie potrafi chować pazurów, które podczas biegu zwiększają znacznie jego przyczepność. Na przyczepność wpływają też poduszeczki pokryte bruzdami. To między innymi czyni go najszybszym zwierzęciem lądowym na ziemi. Na krótkich dystansach polując może rozpędzić się do prędkości nawet 113-115 km/h.
Gepard poluje w zasadzie samotnie, i nie ma wyszukanej strategi. Ofiary lokalizuje głównie dzięki za pomocą wzroku. Atakuje raczej mniejsze zwierzęta, co jest związane z jego dość słabym uzębieniem. Poluje na gazele impala inne antylopy. Ponadto atakuje zająca, gryzonie i ptaki. Gdy zlokalizuje ofiarę przywiera do ziemi i zbliża się do niej poruszając się w kierunku przeciwnym do wiejącego wiatru. Gdy znajdzie się dość blisko nagle zrywa się do biegu i chwyta zdobycz. Polowanie polega raczej na samym biegu niż skradaniu się. Gepard w kilka sekund osiąga prędkość ponad 72 km/h. Jeśli to nie wystarczy może poruszać się pełną prędkością. To jednak szybko wyczerpuje jego zasoby energii. Prędkości bliskie maksymalnych potrafi utrzymać zaledwie prze ok 90 metrów, a po 300-400 metrach musi się zatrzymać i odpocząć. Jeśli dogoni ofiarę uderzeniem łapy powala na ziemię a następnie chwyta za gardło i dusi. Ponadto potrafi skoczyć na wysokość 3 metrów, ale nie potrafi się wspinać po drzewach. Średnio na 10 prób ok 4 kończą się powodzeniem.
Okres życia tego drapieżnika to około 10 lat. Samica geparda żyje samotnie lub z potomstwem. Samce wędrują samotnie, lub małymi grupkami, od dwóch do czterech osobników. Często są to bracia, ale zdarza się, że akceptują obecność innych samców. Na czele grupy stoi przewodnik, który ciągle musi być czujny. To on prowadzi grupę i decyduje o wyborze zwierzyny na polowanie. Gepard wędrują w za gnu, przemierzając obszar 800 km. Samiec znaczy granice swego terenu co sto metrów. Samiec znaczy swoje terytorium co 100 metrów moczem lub śladami wykonanymi za pomocą pazurów. Gdy inny gepard zauważy te znaki, na ich podstawach jest w stanie wywnioskować kierunek ruchu właściciela terytorium, aby uniknąć spotkana. Dlatego rzadko dochodzi do konfrontacji sił. powrót
Likaon, lub Dziki Pies, simir (Lycaon pictus) - gatunek ssaka z rodziny psowatych, dawniej występujący na prawie całym kontynencie afrykańskim, dzisiaj jest jednym z najrzadszych dużych mięsożerców. Zamieszkują głównie suche regiony i sawanny Afryki Wschodniej. Obecnie w Afryce żyje zaledwie niecałe 5000 likaonów. Likaony osiągają masę 20-35 kg, wysokość 60-75cm, a długość ciała do 1 metr. Ogon może mieć z kolei długość 30-40 cm.
Likaon ma bardzo silny instynkt stadny, który sprawia, że żyje i poluje w dużych watahach głównie na impale, gazele Thomsona, Granta, zebry, gnu oraz inne gatunki gazel i antylop. Polują też na małe ssaki, ptaki i owady. Żywią się przede wszystkim mięsem, ale czasami jedzą również rośliny. Przewodnikiem stada jest zazwyczaj stary doświadczony samiec. W stadzie widać silną hierarchię. Pozycję dominującą zajmuje para rozrodcza, a pomaga jej kilka samców, nie biorących udziału w procesie rozmnażania. Wszyscy członkowie stada śpią, rozmnażają się i polują zawsze razem. Grupie przewodzi dominująca para, a hierarchia jest osobna dla samców, osobna dla samic. Watahy mogą liczyć od kilku do nawet 60 osobników, co jest ewenementem w świecie drapieżników. Do upolowanej ofiary najpierw dopuszczane są likaony młode a dopiero później dorosłe. Co więcej na pożywienie mogą liczyć również chorzy, lub słabi członkowie stada.
Stada dzikich psów współpracują ze sobą podczas polowań. Aby nastroić się do walki, wydają różne odgłosy i ocierają się o siebie. Są jednymi z najskuteczniejszych łowców w świece zwierząt a ich strategia polowania jest wyjątkowo interesująca. Ponad 80% polowań kończą sukcesem. Ofiary lokalizuje za pomocą węchu i wzroku. Gdy zbliżają się do ofiary każdy osobnik ma przydzieloną rolę w strategii polowania. W przeciwieństwie do przyjętych poglądów nie każde pojawienie się likaonów w pobliżu stada np. gnu wywołuje popłoch i panikę. Dopiero gdy likaony zbliżą się zanadto i zaczynają przyśpieszać wywołuje to pobudzenie u potencjalnej zdobyczy. Podczas polowania poszczególne likaony mogą gonić różne ofiary. Takie zachowanie ma na celu wyszukanie odpowiedniego celu. Gdy taki cel zostanie wybrany wszyscy członkowie stada zaczynają ścigać tylko jedną ofiarę, którą gonią do końca. Likaony są wytrwałymi łowcami i przez kilkanaście minut potrafią biec z prędkością 55 km/h a przy pełnej prędkości potrafią osiągnąć nawet ponad 70 km/h. To wszystko sprawia, że ofiara rzadko im ucieka. Gdy wreszcie dopadną zdobycz rozrywają ją na strzępy, aż zwierze padnie. powrót
Lew (Panthera leo) ? duży, mięsożerny ssak lądowy z rodziny kotowatych, drugi po tygrysie - co do wielkości - wśród czterech ryczących, wielkich kotów. Jedyny kot, który żyjący w zorganizowanych grupach socjalnych. Zaliczany jest do tzw. wielkiej piątki Afryki - pięciu najbardziej niebezpiecznych zwierząt afrykańskich (słoń, nosorożec, bawół, lew i lampart). Kiedyś zamieszkiwały Afrykę, Azję i Europę. Jednak obecnie występują w Afryce, gdzie narażone są na wyginięcie, i w Indiach, gdzie ich liczebność jest krytycznie mała. Lwy osiągają ogólnie wzrost 80-105cm i długość 140-200cm przy czym samice są mniejsze. Masa ciała dorosłego lwa wacha się pomiędzy 200-250kg. Samice ważą od 100 do 160kg. Samce można odróżnić od samic po grzywie.
Lwy są mięsożercami polującymi głównie na ssaki kopytne, jak antylopy, zebry, gazele, bawoły afrykańskie, żyrafy i guźce oraz sporadycznie młode większych ssaków, takich jak słonie, hipopotamy czy nosorożce. Gdy brakuje pokarmu, zdarza im się napadać na zwierzęta hodowlane, zjadać gryzonie, ptaki czy padlinę, a nawet ludzi. Na terenach otwartych lwy najczęściej polują w nocy. Tam, gdzie są wysokie trawy lub gęste krzewy, umożliwiające skradanie, polowania zdarzają się również w ciągu dnia. Samce rzadko uczestniczą w polowaniach. Przyłączają się do łowów na duże zwierzęta, takiego jak bawoły. Wówczas siła samca jest niezbędna do przytrzymania, a następnie powalenia ofiary.
Samice zwykle polują stadnie, co dwukrotnie zwiększa ich szansę na sukces. Ofiarę lokalizują za pomocą doskonałego wzroku i węch. Podczas polowania rozpraszają się na rozległym obszarze. Część z nich, zwłaszcza młodsze osobniki, naganiają ofiarę w stronę, gdzie czeka reszta polujących, bardziej doświadczonych, lwic. Gdy nagonione zwierze jest dość blisko zaczyna się atak. Umiejętność współpracy jest ważna zwłaszcza na terenach otwartych. Istotnym etapem jest skradanie się. Jak Lwica poluje samotnie jest to jej główna broń. Podchodzi do ofiary najbliżej jak się da i nagle atakuje. Odległość ta wynosi około 30 metrów. Jest to niezwykle ważne, ponieważ podczas biegu lwy mogą osiągnąć prędkość 50-60 km/h, co jest mniejszą prędkością niż większość kopytnych. Skuteczność ataku zależy od terenu, pory i zwierzyny. Powalone zwierze jest duszone. Lwy często zabierają upolowane zwierzęta innym drapieżnikom. Pokarm jest rozdzielany hierarchicznie. Najsilniejszy lew zjada najwięcej, po nim pozostałe samce, później samice, a na końcu młode.
Stado lwów składa się z 3-30 osobników. Są to spokrewnione samice, ich potomstwa obojga płci i kilku niespokrewnionych samców, których głównym zadaniem jest obrona terytorium i zapładnianie samic. Samce stale rywalizują o przywództwo nad stadem z innymi lwami i rzadko zdarza się, by samiec lwa żył w jednym stadzie dłużej niż 3 lata. Jeśli przewodzący samiec zostanie pokonany przez innego, odchodzi od stada i z reguły już nigdy do niego nie wraca. Wprawdzie większość lwów żyje w stadach, ale samotniczy tryb życia nie jest u nich rzadkością. Poza tym lwy oddalają się czasem od stada, aby zapolować samotnie. Lwy większość czasu spędzają odpoczywając. Zajmuje im to do 20 godzin w ciągu doby. powrót
Wilk (syn. wilk szary) (Canis lupus) ? gatunek ssaków z rodziny psowatych, rzędu drapieżnych. Zamieszkują lasy, równiny, tereny bagienne oraz góry. Samce wilków uzyskują wzrost 70-85 cm i długość 97-124 cm. Ich waga waha się na poziomie 45-60kg. Samice natomiast są mniejsze i mierzą 60-75cm wysokości i 100-120 cm długości. Ważą od 30 do 50kg. Długość ogona może dochodzić do 50cm. Rzadko zdarzają się osobnik ponadprzeciętnej budowy mogący uzyskać wzrost 90 cm, długość 1,5 metra, oraz wagę do 80 kg. Wilk jest gatunkiem terytorialnym. Samo terytorium zależy od dostępności pokarmu. Wyznacza rewir, do którego nie dopuszcza osobników nie należących do watahy. W głębi rewiru, w miejscu najbardziej niedostępnym, urządza legowisko. Potrzebują dziennie ok 1.3 kg mięsa. Polują głównie na mniejsze zwierzęta jak zające, ptaki, ale jeśli zdarzy się możliwość i stado jest dostarczając liczne, również na większe jak sarny, jelenie czy łosie. Uzupełnieniem diety jest runo leśne i owoce. Polowanie na duże zwierzęta rzadko nieczęsto kończy się sukcesem. Często wilki rezygnują, odnosząc nawet rany. Jednak wilki jest w stanie dostosować się do tego trybu polowania. Wilki prowadzą selekcję w stadzie. Stado wilków (wataha) składa się z od kilku do 20 osobników. Grupa dowodzona jest przez parę alfa, czyli basiora i waderę, która jako jedyna ma prawo się rozmnażać. Każdy wilk w stadzie ma ściśle określone miejsce, wyznaczające m.in. kolejność jedzenia zdobyczy. Poza hierarchią są młode, którymi opiekuje się stado.
Wilk polując, dokładnie analizuje zachowanie obserwowanych zwierząt, dzięki czemu z populacji zostają zawsze usunięte osobniki chore, najstarsze lub najmłodsze, nie chronione przez dorosłe. Zwiększa to efektywność i dobrze wpływa na ekosystem. Polowanie parami lub watahami rozpoczyna się zwykle o zmierzchu i może trwać całą noc. Watahy stosują rozmaite techniki polowań, w zależności od terenu i rodzaju ofiary. Jednak wszystkie opierają się na tym samym schemacie:
Najpierw wilki tropiciele lokalizują zdobycz i donoszą o tym stadu. Potem wilki naganiacze płoszą obserwowane stado. Następnie 2 lub 3 osobniki wybierają ofiarę i zaganiają w kierunku reszty watahy. Wataha zastępuje drogę zmęczonemu zwierzęciu i atakiem kończy polowanie. Nie mogąc dogonić zdrowych zwierząt starają się rozproszyć stado na mniejsze grupy, a potem obserwują i atakują swe ofiary. Po upolowaniu ofiary szybko ją zjadają połykając na raz nawet duże kawałki mięsa. Następnie do 6 kilogramów mięsa mogę przenieś da młodych. powrót
Jest to jeden z algorytmów podstawowych, który wprowadza losowość w ruchach zwierzęcia. Stanowi implementację najprymitywniejszego
sposobu przemieszczania się, tzw. Ruchów Brauna.
Tak jak wszystkie z algorytmów podstawowych, tak i ten ma wpływ na zwierzę
w zależności od przyjętej wagi.
powrót
Jest to jeden z algorytmów podstawowych, który stanowi implementację jednego z pierwotnych zachowań stadnych, tzn. grupowania.
Zadaniem algorytmu jest wyliczenie wypadkowej, która pozwoli zwierzakowi znaleźć się najbliżej swojego stada.
Dodatkowo, model ten jest sparametryzowany poprzez określenie minimalnej odległości od zwierząt swojego gatunku, tzn. zwierzęta odległe
o pewną długość, nie są uwzględniane w wyznaczeniu kierunku ruchu.
Tak jak wszystkie z algorytmów podstawowych, tak i ten ma wpływ na zwierzę
w zależności od przyjętej wagi.
powrót
Jest to jeden z algorytmów podstawowych, który stanowi przeciwwagę dla algorytmu Cohesion, tzn. wprowadza separację.
Zadaniem algorytmu jest wyliczenie wypadkowej, która pozwoli zwierzakowi znaleźć się najdalej od swojego stada.
Dodatkowo, model ten jest sparametryzowany poprzez określenie minimalnej odległości od zwierząt swojego gatunku, tzn. zwierzęta odległe
o pewną długość, nie są uwzględniane w wyznaczeniu kierunku ruchu.
Tak jak wszystkie z algorytmów podstawowych, tak i ten ma wpływ na zwierzę
w zależności od przyjętej wagi.
powrót
Strategię charakteryzuje to, że drapieżnik porusza się wprost na ofiarę. Jest to strategia przeznaczona dla zaganiaczy. Wadą algorytmu jest to, że stosunkowo szybko drapieżnik i ofiara będą poruszać się na tej samej prostej. W pojedynczym starciu wymaga aby zdecydowaną przewagę miał drapieżnik.
| Ofiara | Drapieżnik | |
| Szybkość | - | + |
| Zwinność | - | + |
Wersja z modyfikacją wprowadza efekt 'osaczania', bowiem do wyliczonej orientacji (kierunek 'wprost na ofiarę) dodaje się stałą 0.35 rad (ze znakiem +, gdy ofiara jest po lewej stronie drapieżcy, zaś ze znakiem -, gdy ofiara jest poprawej).
| Ofiara | Drapieżnik | |
| Szybkość | - | + |
| Zwinność | + | + |
Strategia typowa dla liderów grup. Drapieżnik porusza się w kierunku przecięcia z ofiarą (uwzględnia bieżącą prędkość ofiary oraz jej orientację). Zwykle drapieżnik i ofiara nie będą poruszać się na tej samej prostej. Nie wymaga, aby drapieżnik był zwinniejszy i szybszy od swojej ofiary.
| Ofiara | Drapieżnik | |
| Szybkość | + | - |
| Zwinność | + | + |
Wersja z modyfikacją wzmacnia efekt 'osaczania', bowiem do wyliczonej orientacji (kierunek 'wprost na ofiarę) dodaje się stałą 0.35 rad (ze znakiem +, gdy ofiara jest po lewej stronie drapieżcy, zaś ze znakiem -, gdy ofiara jest poprawej).
| Ofiara | Drapieżnik | |
| Szybkość | - | + |
| Zwinność | + | + |
Ofiara szuka najkorzystniejszej wypadkowej z położeń drapieżników stosując kryterim hiperboliczne opierając się na odległości od drapieżników, innymi
słowy, wybiera minimum z funkcji odległości w całym zakresie swoich możliwości (bieżącej zwrotności).
Ofiara szuka najkorzystniejszej wypadkowej z położeń drapieżników stosując kryterim średniego kwadratu odległości, opierając się na odległości od drapieżników, innymi słowy, wybiera maksimum z funkcji odległości w całym zakresie swoich możliwości (bieżącej zwrotności).