Robotfisk skabt til at kontrollere invasive arter

NYU Tandon School of Engineering Professor Maurizio Porfiri og hans hold af forskere fra NYU Tandon og University of Western Australia har demonstreret, hvordan robotfisk kan bruges til at bekæmpe en af verdens mest problematiske invasive arter, moskitofisken. Kontrollen af invasive arter er et problem, som lande verden over kæmper med, og nogle af de største problemer opstår i søer og floder. Det er i disse miljøer, hvor fisk og andre arter har barrierer, der forhindrer dem i at undslippe rovdyr. Disse nye udviklinger fra laboratoriet, der beskæftiger sig med biometriske robotter og dyreadfærd, kan give løsninger på store problemer overalt.

Moskitofiskens bestand er eksploderet i ferskvands-søer og -floder over hele verden, og de forårsager alvorlige problemer for de indfødte fiske- og amfibiearter. Den traditionelle måde at kontrollere moskitofisken er gennem giftstoffer eller fangst, og det er ofte mislykket eller skadeligt for den lokale wildlife.

Forskerholdet ledet af Porfiri udførte eksperimenter for at se, om det var muligt for en biologisk inspireret robotfisk at fremkalde frygtrelaterede ændringer i moskitofiskens adfærd. Det, de konkluderede, var, at selv en lille mængde eksponering for en robotisk largemouth bass, moskitofiskens største rovdyr, forårsagede stress-responser. De undgik derefter visse adfærder og gennemgik psykologiske ændringer forårsaget af tabet af energireserver. Disse ændringer var derefter den mulige årsag til en reduktion i reproduktionsraterne blandt fiskene.

Artiklen blev offentliggjort i Journal of the Royal Society Interface. Den er titleret “Behavioral and Life-History Responses of Mosquitofish to Biologically Inspired and Interactive Robotic Predators.”

“Så vidt vi ved, er dette den første studie, der bruger robotter til at fremkalde frygt-responser i denne invasive art,” sagde Porfiri. “Resultaterne viser, at en robotfisk, der næsten nøjagtigt efterligner svømme-mønstrene og visuelle udseende af largemouth bassen, har en kraftig og varig indvirkning på moskitofisken i laboratorie-miljøet.”

Eksperimenterne involverede eksponering af grupper af moskitofisk for en robotisk largemouth bass i en periode på 15 minutter. Dette skete en gang om ugen i løbet af seks på hinanden følgende uger. Hver session indeholdt en anden adfærd, der blev udstedt af den robotiske bass. I nogle af forsøgene var den robotiske fisk programmeret til at give realtids-feedback og efterlignede rovdyr-adfærd ved at svømme med en højere hastighed. Forskerne analyserede derefter data og fandt sammenhænge mellem graden af biomimetik i robotten og stress-niveauerne hos de levende moskitofisk. Nogle af de frygt-relaterede adfærder, som moskitofisken udviste, inkluderede at stoppe på stedet, en øget mistænksomhed overfor ukendte og uudforskede rum, og erratiske svømme-mønstre.

Et andet område, som forskerne fokuserede på, var de fysiologiske parametre for stress-responser. De målte fiskene hver uge for at spore eventuelle ændringer i vægt eller længde. Når en fisk taber vægt, kan det være en respons på rovdyr, og det medfører lavere energireserver. Disse fisk kan ikke overleve så længe og har ikke samme mængde energi til at dedikere til reproduktion.

Når den robotiske bass efterlignede den aggressive adfærd ved at svømme i angrebs-mønstre, blev de højeste niveauer af adfærdsmæssige og fysiologiske stress-responser målt hos moskitofisken.

“Yderligere studier er nødvendige for at bestemme, om disse effekter kan oversættes til vilde bestande, men dette er en konkrete demonstration af potentialet for robotteknologi til at løse moskitofisk-problemet,” sagde Giovanni Polverino, Forrest Fellow i afdelingen for biologiske videnskaber ved University of Western Australia og hovedforfatter af artiklen. “Vi har meget mere arbejde i gang mellem vores skoler for at etablere nye, effektive værktøjer til at bekæmpe spredningen af invasive arter.”

Dynamical Systems Laboratory, ledet af Porfiri, bruger ofte biometriske robotter med levende fisk til at studere kollektivt dyreadfærd. Disse adfærder inkluderer paringspræferencer og lederskab. En anden fordel ved denne teknologi er, at den reducerer behovet for at bruge levende dyr til eksperimenter.

Disse udviklinger er endnu et eksempel på, hvordan robotteknologi finder vej ind i alle aspekter af samfundet og miljøet. Det er ikke svært at forestille sig en fremtid, hvor vi har robotfisk, dedikeret til bestemte opgaver og styret af kunstig intelligens, der lever i vores miljø sammen med levende arter.