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

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

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

Forskningen blev offentliggjort d. 22. september i tidsskriftet eLife. 

Energi-begrænset proportional betting

Den nyligt udviklede teori, der er betegnet som 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 det observerede sansningsadfærd hos hvert dyr.

Denne nye teori kan have implikationer inden for robotteknologiens felt, 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 Northwesterns McCormick School of Engineering, samt professor i neurobiologi på Weinberg College of Arts and Sciences. 

“Dyr tjener til livet 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. 

At satse energi

Bevægelse koster meget energi for dyr, og de bruger denne energi, mens de satser på, at de steder, de bevæger sig til, vil være informative. 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 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 alle nye data, da holdet udnyttede tidligere offentliggjorte datasets om den blinde østamerikanske mool, den amerikanske kakerlak og colibrien. 

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

Den nyligt udviklede teori fører til, at mere energi og tid kan spares, når man bevæger sig rundt for at indsamle information. Samtidig er der tilstrækkelig information til at guide sporing og andre udviklingsadfærd, der er almindelige blandt dyr. 

“Når du ser på en kats ører, ser du ofte, hvordan de drejer for at prøve forskellige steder i rummet,” sagde Maclver. “Dette er et eksempel på, hvordan dyr hele tiden positionerer deres sanseorganer for at hjælpe dem med at absorbere information fra miljøet. Det viser sig, at der er meget mere i bevægelsen af sanseorganer som ører, øjne og næse end man umiddelbart kan se.”