Forscher verwenden Roboterfische, um “Behavioral Teleporting” zu erforschen

Forscher der NYU Tandon School of Engineering arbeiten an einem neuen Ansatz, der als “Behavioral Teleporting” bezeichnet wird und zu einem tieferen Verständnis des sozialen Verhaltens, der Interaktionen zwischen invasiven und einheimischen Arten, der Beziehungen zwischen Raubtieren und Beutetieren sowie besserer Mensch-Roboter-Schnittstellen führen könnte.

Das Forscherteam wurde von Maurizio Porfiri, Institute Professor an der NYU Tandon, geleitet. Die Forschung wurde im Cell Press-Journal iScience veröffentlicht, mit dem Titel “Behavioral Teleporting von individuellen Ethogrammen auf unbelebte Roboter: Experimente zu sozialen Interaktionen bei lebenden Zebrafischen”.

Behavioral Teleporting

Das neue System, das als Behavioral Teleporting bezeichnet wird, ist die Übertragung des gesamten Inventars von Verhaltensweisen und Aktionen eines lebenden Organismus auf ein ferngesteuertes Roboter-Modell. Für die Arbeit der Forscher diente ein lebender Zebrafisch als Grundlage, der es ihnen ermöglichte, soziale Interaktionen unabhängig zu manipulieren und in Echtzeit zu verstehen.

Das Team baute zunächst eine Einrichtung mit zwei separaten Aquarien auf, jedes mit einem Fisch und einem Roboter-Modell. In jedem Aquarium schwamm der lebende Fisch mit dem Roboter-Modell, das die Morphologie und die Bewegungsmuster des lebenden Fisches im anderen Aquarium nachahmte.

Die Forscher verwendeten ein automatisiertes Nachverfolgungssystem, um die Bewegungsmuster der lebenden Fische zu bewerten, die dann verwendet wurden, um das Roboter-Modell im anderen Aquarium über einen externen Manipulator zu steuern. Durch dieses System konnte das gesamte Ethogramm jedes Fisches in weniger als einer Sekunde auf die andere Seite übertragen werden.

Dieses System ermöglichte eine Interaktion zwischen den beiden ferngesteuerten lebenden Tieren durch den Einsatz von Robotik. Mit der Fähigkeit, die Morphologie der Roboter unabhängig zu steuern, machten sich die Teams daran, die Verbindungen zwischen Aussehen und Bewegungen im sozialen Verhalten zu erforschen.

Das Roboter-Modell teleportierte die Fischbewegung mit einer Genauigkeit von 95 % in fast allen Versuchen, mit einer maximalen Zeitverzögerung von weniger als zwei Zehnteln einer Sekunde.

In einigen früheren Arbeiten von Porfiri konnte er bereits demonstrieren, dass Roboter als erfolgreiche Verhaltensmodelle für Zebrafische dienen können, wobei Schulen von Zebrafischen ihren robotischen Gegenstücken folgten.

“Bei Menschen entfaltet sich das soziale Verhalten in Handlungen, Gewohnheiten und Praktiken, die letztendlich unser individuelles Leben und unsere Gesellschaft definieren”, sagte Simone Macrì vom Centre for Behavioral Sciences and Mental Health, Isituto Superiore di Sanitá, Rom. “Diese hängen von komplexen Prozessen ab, die durch individuelle Merkmale wie Kahlheit, Größe, Stimmlage und Kleidung vermittelt werden und die oft schwierig zu isolieren sind. Dieser neue Ansatz zeigt, dass wir die Einflüsse auf die Qualität der sozialen Interaktion isolieren und bestimmen können, welche visuellen Merkmale wirklich wichtig sind.”

Eine der Entdeckungen des Teams kam aus Experimenten zu Führungs-/Folgerollen zwischen großen und kleinen Fischen. In den Experimenten schwamm ein großer Fisch mit einem kleinen Roboter-Modell, das das Verhalten eines kleinen Fisches im anderen Aquarium nachahmte. Das Team war überrascht, dass der kleinere Fisch die Interaktionen anführte und nicht der größere.

Behavioral Teleporting Aquarien (Bild: NYU Tandon School of Engineering)

Roboter-Zebrafisch-Modelle (Bild: NYU Tandon School of Engineering)

Menschliche Anwendungen

Dieses System könnte in Zukunft für menschliche Interaktionen verwendet werden, und die Möglichkeiten sind endlos. Eine solche Möglichkeit ist die geschlossene Teleportation, bei der Roboter als Stellvertreter von Menschen agieren.

Mart Karakaya, ein Doktorand in der Abteilung für Mechanik und Luft- und Raumfahrttechnik an der NYU Tandon, erläuterte eine der aufregendsten Möglichkeiten des Systems.

“Ein Beispiel wäre die Kolonie auf dem Mars, wo Experten von der Erde humanoiden Roboter als Erweiterung ihrer selbst verwenden könnten, um mit der Umgebung und den Menschen dort zu interagieren”, sagte er. “Dies würde eine einfachere und genauere medizinische Untersuchung ermöglichen, den menschlichen Kontakt verbessern und die Isolation verringern. Detaillierte Studien zu den verhaltens- und psychologischen Auswirkungen dieser Stellvertreter müssen durchgeführt werden, um zu verstehen, wie diese Techniken in das tägliche Leben integriert werden können.”

Die Forschung wurde von der National Science Foundation, dem National Institute on Drug Abuse und dem Office of Behavioral and Social Sciences Research unterstützt.