Vědci vyvinuli novou teorii o vnímání zvířat, která by mohla být použita v robotice

Všechna zvířata, od hmyzu po lidi, se spoléhají na svá smysly jako na některé z nejvýznamnějších nástrojů pro přežití. Smyslové orgány, jako jsou oči, uši a nosy, se používají při hledání potravy nebo detekci hrozeb. Nicméně, skutečná pozice a orientace smyslových orgánů nejsou intuitivní a současné teorie nejsou schopny předpovídat pozici a orientaci.

To se nyní mění s novými objevy z Northwestern University. Tým výzkumníků vyvinul novou teorii, která je schopna předpovídat pohyb smyslových orgánů zvířete, zejména když zvíře hledá něco důležitého, jako je potrava.

Výzkum byl zveřejněn 22. září v časopise eLife. 

Energeticky omezené proporcionální sázení

Nově vyvinutá teorie, nazvaná energeticky omezené proporcionální sázení, byla aplikována na čtyři různé druhy zvířat a zahrnovala tři různé smysly, včetně zraku a čichu. Tým prokázal, jak teorie může předpovídat pozorované chování smyslových orgánů každého zvířete.

Tato nová teorie by mohla mít důsledky v oblasti robotiky, možná zlepšující výkon robotů při sběru informací. Může také mít vliv na vývoj autonomních vozidel, zejména zlepšující jejich reakci na nejistotu.

Malcolm A. Maclver vedl slibný výzkum. Je také profesorem biomedicínského a mechanického inženýrství na Northwesternově škole inženýrství McCormick, stejně jako profesorem neurobiologie na Weinbergově koleji umění a věd.

„Zvířata si vydělávají na živobytí pohybem,“ řekl Maclver. „Aby našli potravu a partnery a identifikovali hrozby, musí se pohybovat. Naše teorie poskytuje vhled do toho, jak zvířata sází na to, kolik energie vynaložit, aby získala užitečné informace, které potřebují.“

Nová teorie osvětlila různé pohyby smyslových orgánů a výsledný algoritmus generoval simulované pohyby smyslových orgánů. Tyto generované pohyby souhlasily s reálnými pohyby smyslových orgánů z ryb, savců a hmyzu.

Chen Chen je doktorand v Maclverově laboratoři a první autor, zatímco Todd D. Murphey, profesor mechanického inženýrství na McCormicku, je spoluautor.

Sázení energií

Pohyb stojí zvířata hodně energie a vynakládají ji, zatímco sází, že místa, kam se pohybují, budou informativní. Množství energie získané z potravy, které jsou ochotni vynaložit, je úměrné očekávané hodnotě těchto míst, podle výzkumníků.

„Zatímco většina teorií předpovídá, jak se zvíře bude chovat, když už ví, kde něco je, naše teorie je předpovědí pro situaci, kdy zvíře ví velmi málo – situace, která je v životě a kritická pro přežití,“ říká Murphey.

Výzkum se zaměřil na gymnotidní elektrické ryby z Jižní Ameriky a experimenty byly provedeny v Maclverově laboratoři. Nebyla to však veškerá nová data, protože tým využil dříve zveřejněné datové sady o slepém východním americkém krtkovi, americkém švábu a kolibříkovi.

Tři smysly, na které se zaměřil výzkum, zahrnovaly elektrosmysl u elektrických ryb, zrak u můry a čich u krtka a švába.

Nově vyvinutá teorie vede k úspoře více energie a času při pohybu kolem, aby se získaly informace. Současně je dostatek informací k vedení sledování a jiných průzkumných chování, která jsou běžná mezi zvířaty.

„Když se podíváte na uši kočky, často uvidíte, jak se otáčejí, aby vzorkovaly různé části prostoru,“ řekl Maclver. „To je příklad toho, jak zvířata neustále позиcionují své smyslové orgány, aby jim pomohly absorbovat informace z prostředí. Ukázalo se, že pod povrchem pohybu smyslových orgánů, jako jsou uši, oči a nosy, se děje mnoho věcí.“