باحثون يطورون نظرية جديدة حول استشعار الحيوانات والتي يمكن استخدامها في الروبوتات

تعتمد جميع الحيوانات، من الحشرات إلى البشر، على حواسها كأدوات مهمة للبقاء على قيد الحياة. تستخدم الأعضاء الحسية مثل العيون والأذنين والأنف أثناء البحث عن الطعام أو الكشف عن الأخطار. ومع ذلك، فإن الموقع والاتجاه الفعليين للأعضاء الحسية ليسا直forward، ولا تستطيع النظريات الحالية التنبؤ بموقع واتجاه هذه الأعضاء.

然而، فإن هذا الوضع يتغير الآن مع التطورات الجديدة التي تخرج من جامعة نورث وسترن. وقد قام فريق من الباحثين بتطوير نظرية جديدة قادرة على التنبؤ بحركة أعضاء الحس لدى الحيوان، خاصة عندما يكون الحيوان يبحث عن شيء مهم مثل الطعام.

نشرت الأبحاث في 22 سبتمبر في مجلة eLife.

المراهنات التناسبية المقيدة بالطاقة

تم تطبيق النظرية الجديدة، التي تسمى المراهنات التناسبية المقيدة بالطاقة، على أربعة أنواع مختلفة من الحيوانات، وشملت ثلاثة حواس مختلفة، بما في ذلك الرؤية والشم. وأظهر الفريق كيف يمكن للنظرية التنبؤ بسلوك استشعار الحيوانات الملاحظ.

يمكن أن يكون لهذه النظرية الجديدة آثار على مجال الروبوتات، وربما تحسين أداء الروبوتات عند جمع المعلومات. كما يمكن أن تجعل فرقًا في تطوير المركبات المستقلة، خاصةً في تحسين استجابتها لل不确定ية.

قاد البحث الواعد مالكولم أ. ماكلفر. وهو أستاذ الهندسة البيولوجية والآلية في مدرسة نورث وسترن للمهندسة، وأستاذ علم الأعصاب في كلية وينبرغ للفنون والعلوم.

قال ماكلفر: “تعتمد الحيوانات على الحركة لكسب العيش. للعثور على الطعام والزوجين والتعرف على الأخطار، يجب أن تتحرك. توفر نظريتنا رؤية حول كيفية مراهنة الحيوانات على مقدار الطاقة التي يجب إنفاقها للحصول على المعلومات المفيدة التي تحتاجها”.

تُلقي النظرية الجديدة الضوء على حركات مختلفة للأعضاء الحسية، وتوليد خوارزمية محاكاة حركات الأعضاء الحسية. وافق الحركات المحاكاة على حركات الأعضاء الحسية الحقيقية من الأسماك والثدييات والحشرات.

تشين تشين هو طالب دكتوراه في مختبر ماكلفر والكاتب الأول، في حين أن تود د. مورفي، أستاذ الهندسة الميكانيكية في مدرسة نورث وسترن للمهندسة، هو أحد المؤلفين.

المراهنات على الطاقة

تكلفت الحركة الكثير من الطاقة للحيوانات، وتنفق هذه الطاقة أثناء المراهنة على أن المواقع التي تتحرك إليها ستكون مفيدة. مقدار الطاقة التي يستعدون لإنفاقها يتناسب مع القيمة المتوقعة لتلك المواقع، وفقًا للباحثين.

قال مورفي: “في حين أن معظم النظريات تتنبأ بكيفية سلوك الحيوان عندما يعرف بالفعل إلى حد كبير أين شيء ما، فإن نظريتنا تتنبأ عندما يعرف الحيوان القليل جدًا – وهو وضع في الحياة وحاسم للبقاء”.

ركز البحث على سمكة الجيمنوتيد الكهربائية من أمريكا الجنوبية، وأجريت التجارب في مختبر ماكلفر. لم يكن كل البيانات جديدًا، حيث استخدم الفريق مجموعات بيانات منشورة سابقة حول الخفاش الأعمى الأمريكي، والجندب الأمريكي، وفراشة الحمامة.

شملت الحواس الثلاثة التي ركزت عليها الأبحاث Electrosense مع سمكة الجيمنوتيد الكهربائية، والرؤية مع الفراشة، والشم مع الخفاش والجندب.

تؤدي النظرية الجديدة إلى الحفاظ على المزيد من الطاقة والزمن عند الحركة لجمع المعلومات. وفي الوقت نفسه، هناك ما يكفي من المعلومات لتوجيه السلوكيات التتبعية والاستكشافية الشائعة بين الحيوانات.

قال ماكلفر: “عندما تنظر إلى أذن القط، غالبًا ما ترى أنها تدور لتحديد مواقع مختلفة في الفضاء. هذا مثال على كيفية استمرار الحيوانات في وضع أعضاء الحس الخاصة بهم لمساعدتهم على امتصاص المعلومات من البيئة. يبدو أن هناك الكثير من الأشياء التي تحدث تحت السطح في حركة أعضاء الحس مثل الأذنين والعينين والأنف”.