Forskere udvikler ny teori om dyrs sansning, der kan anvendes i robotteknologi

Alle dyr, fra insekter til mennesker, afhænger af deres sanser som nogle af de vigtigste redskaber for overlevelse. Sanseorganer som øjne, ører og næse bruges, når de søger efter mad eller opdager trusler. Men den faktiske position og orientering af sanseorganerne er ikke intuitiv, og de teorier, der er udviklet indtil nu, kan ikke forudsige position og orientering.

Det er nu ændring med nye udviklinger fra Northwestern University. Et hold af forskere har udviklet en ny teori, der faktisk kan forudsige bevægelsen af et dyr’s sanseorganer, specifikt når dyret søger efter noget vigtigt som mad.

Forskningen blev offentliggjort den 22. september i tidsskriftet eLife.

Energi-begrænset proportional betting

Den nyligt udviklede teori, der kaldes energi-begrænset proportional betting, blev anvendt på fire forskellige arter af dyr, og den omfattede tre forskellige sanser, herunder syn og lugt. Holdet demonstrerede, hvordan teorien kunne forudsige de observerede sansningsadfærd hos hvert dyr.

Denne nye teori kan have implikationer inden for robotteknologi, muligvis forbedre robotternes præstation, når det kommer til at indsamle information. Den kan også gøre en forskel i udviklingen af autonome køretøjer, specifikt forbedre deres reaktion på usikkerhed.

Malcolm A. Maclver ledde den lovende forskning. Han er også professor i biomedicinsk og mekanisk ingeniørvidenskab på Northwestern’s McCormick School of Engineering, samt professor i neurobiologi på Weinberg College of Arts and Sciences.

“Dyr tjener deres levebrød gennem bevægelse,” sagde Maclver. “For at finde mad og partnere og for at identificere trusler, må de bevæge sig. Vores teori giver indsigt i, hvordan dyr satser på, hvor meget energi de skal bruge for at få den nyttige information, de behøver.”

Den nye teori kaster lys over de forskellige bevægelser af sanseorganer, og den resulterende algoritme genererede simulerede sanseorganbevægelser. Disse genererede bevægelser var i overensstemmelse med de virkelige sanseorganbevægelser fra fisk, pattedyr og insekter.

Chen Chen er en ph.d.-studerende i Maclvers laboratorium og den første forfatter, mens Todd D. Murphey, professor i mekanisk ingeniørvidenskab på McCormick, er medforfatter.

Spil med energi

Bevægelse koster en masse energi for dyr, og de bruger denne energi, mens de satser på, at de steder, de bevæger sig til, vil være informativt. Mængden af mad-afledt energi, de er villige til at bruge, er proportional med den forventede værdi af disse steder, ifølge forskerne.

“Mens de fleste teorier forudsiger, hvordan et dyr vil opføre sig, når det allerede ved, hvor noget er, er vores teori en forudsigelse for, når dyret ved meget lidt – en situation i livet og kritisk for overlevelse,” siger Murphey.

Forskningen fokuserede på den elektriske fisk fra Sydamerika, og eksperimenterne blev udført i Maclvers laboratorium. Det var dog ikke alt nyt data, da holdet anvendte tidligere offentliggjorte datasets om den blinde østamerikanske mol, den amerikanske kakerlak og sommerfuglen.

De tre sanser, der blev fokuseret på, omfatter elektrosans med den elektriske fisk, syn med sommerfuglen og lugt med mollen og kakerlakken.

Den nyligt udviklede teori fører til, at mere energi og tid bliver bevaret, når man bevæger sig rundt for at indsamle information. Samtidig er der nok information til at guide sporings- og andre eksploratoriske adfærd, der er almindelige blandt dyr.

“Når du ser på en kat’s ører, vil du ofte se dem dreje for at prøve forskellige steder i rummet,” sagde Maclver. “Dette er et eksempel på, hvordan dyr hele tiden positionerer deres sanseorganer for at absorbere information fra omgivelserne. Det viser sig, at der er meget mere gående på under overfladen i bevægelsen af sanseorganer som ører, øjne og næse.”