Roboterfische zur Kontrolle invasiver Arten entwickelt

NYU Tandon School of Engineering Professor Maurizio Porfiri und sein Team von Forschern von NYU Tandon und der University of Western Australia haben demonstriert, wie Roboterfische zur Bekämpfung einer der problematischsten invasiven Arten der Welt, dem Moskitofisch, eingesetzt werden können. Die Kontrolle invasiver Arten ist ein Problem, mit dem Länder auf der ganzen Welt konfrontiert sind, und einige der größten Probleme treten in Seen und Flüssen auf. Es ist in diesen Umgebungen, in denen Fische und andere Arten Barrieren haben, die sie daran hindern, vor Raubtieren zu fliehen. Diese neuen Entwicklungen aus dem Labor, das sich mit biometrischen Robotern und Tierverhalten beschäftigt, können Lösungen für große Probleme überall bieten.

Die Population des Moskitofisches ist in Süßwasserseen und -flüssen auf der ganzen Welt stark angestiegen und verursacht ernsthafte Probleme für die einheimischen Fisch- und Amphibienarten. Die traditionelle Methode, den Moskitofisch zu kontrollieren, besteht in der Verwendung von Giftstoffen oder Fallen, und sie ist oft erfolglos oder schädlich für die lokale Tierwelt.

Das Team von Forschern unter der Leitung von Porfiri führte Experimente durch, um zu sehen, ob es möglich ist, dass ein biologisch inspirierter Roboterfisch Verhaltensänderungen beim Moskitofisch hervorrufen kann. Was sie feststellten, war, dass bereits eine kurze Exposition gegenüber einem Roboter-Großmäuligen Bass, dem größten Feind des Moskitofisches, Stressreaktionen hervorrief. Sie vermeideten dann bestimmte Verhaltensweisen und unterzogen sich psychologischen Veränderungen, die durch den Verlust von Energievorräten verursacht wurden. Diese Veränderungen waren dann der mögliche Grund für eine Verringerung der Fortpflanzungsraten bei den Fischen.

Der Artikel wurde in der Zeitschrift Royal Society Interface veröffentlicht. Er trägt den Titel “Verhaltens- und Lebensgeschichtsreaktionen von Moskitofischen auf biologisch inspirierte und interaktive Roboter-Raubtiere.”

“Soweit wir wissen, ist dies die erste Studie, die Roboter verwendet, um Angstreaktionen bei dieser invasiven Art hervorzurufen”, sagte Porfiri. “Die Ergebnisse zeigen, dass ein Roboterfisch, der die Schwimm muster und das visuelle Erscheinungsbild des Großmäuligen Basses nachahmt, einen starken und anhaltenden Einfluss auf Moskitofische im Labor hat.”

Die Experimente bestanden darin, Gruppen von Moskitofischen einem Roboter-Großmäuligen Bass für eine Dauer von 15 Minuten auszusetzen. Dies geschah einmal pro Woche über einen Zeitraum von sechs aufeinanderfolgenden Wochen. Jede Sitzung umfasste ein anderes Verhalten, das der Roboter-Bass zeigte. In einigen der Versuche wurde der Roboterfisch so programmiert, dass er Echtzeit-Feedback lieferte und das Verhalten eines Raubtiers nachahmte, indem er mit höherer Geschwindigkeit schwamm. Die Forscher analysierten dann die Daten und fanden Zusammenhänge zwischen dem Grad der Biomimetik des Roboters und den Stressniveaus der lebenden Moskitofische. Einige der Angstreaktionen, die die Moskitofische zeigten, umfassten das Anhalten an einem Ort, eine erhöhte Misstrauen gegenüber unbekannten und unerforschten Räumen und unregelmäßige Schwimm muster.

Ein weiterer Bereich, auf den sich die Forscher konzentrierten, waren die physiologischen Parameter der Stressreaktion. Sie maßen die Fische jede Woche, um Veränderungen im Gewicht oder in der Länge zu verfolgen. Wenn ein Fisch an Gewicht verliert, kann dies eine Reaktion auf Raubtiere sein, und es führt zu geringeren Energievorräten. Diese Fische können nicht so lange überleben und haben nicht die gleiche Menge an Energie, die sie für die Fortpflanzung aufwenden können.

Wenn der Roboter-Bass das aggressive Verhalten des Angriffs nachahmte, wurden die höchsten Niveaus von Verhaltens- und physiologischen Stressreaktionen bei den Moskitofischen gemessen.

“Weitere Studien sind erforderlich, um zu bestimmen, ob diese Effekte auf wilde Populationen übertragbar sind, aber dies ist eine konkrete Demonstration des Potenzials der Robotik, das Moskitofisch-Problem zu lösen”, sagte Giovanni Polverino, Forrest Fellow in der Abteilung für Biologische Wissenschaften an der University of Western Australia und Erstautor des Artikels. “Wir haben viel mehr Arbeit zwischen unseren Schulen, um neue, effektive Werkzeuge zur Bekämpfung der Ausbreitung invasiver Arten zu entwickeln.”

Das Dynamical Systems Laboratory, das von Porfiri geleitet wird, verwendet oft biomimetische Roboter mit lebenden Fischen, um kollektives Tierverhalten zu studieren. Dieses Verhalten umfasst Paarungspräferenzen und Führungsverhalten. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie ist, dass sie den Bedarf an der Verwendung lebender Tiere für Experimente reduziert.

Diese Entwicklungen sind ein weiteres Beispiel dafür, wie Robotik in jeden Aspekt der Gesellschaft und Umwelt vordringt. Es ist nicht schwer, sich vorzustellen, dass wir in Zukunft Roboterfische haben, die für bestimmte Aufgaben konzipiert sind und von künstlicher Intelligenz gesteuert werden, und die in unserer Umwelt mit lebenden Arten zusammenleben.