Ερευνητές Αναπτύσσουν Νέα Θεωρία για την Αίσθηση των Ζώων, η Οποία Μπορεί να Χρησιμοποιηθεί στη Ρομποτική

Όλα τα ζώα, από τα έντομα μέχρι τους ανθρώπους, εξαρτώνται από τις αισθήσεις τους ως τα πιο σημαντικά εργαλεία για την επιβίωσή τους. Οι αισθητήριοι οργάνοι όπως τα μάτια, τα αυτιά και η μύτη χρησιμοποιούνται ενώ ψάχνουν για τροφή ή ανιχνεύουν απειλές. Ωστόσο, η πραγματική θέση και προσανατολισμός των αισθητήριων οργάνων δεν είναι εύκολη, και οι θεωρίες που εφαρμόζονται σήμερα δεν μπορούν να κάνουν προβλέψεις για τη θέση και τον προσανατολισμό.

Αυτό αλλάζει τώρα με νέες εξελίξεις που προέρχονται από το Πανεπιστήμιο Northwestern. Một ομάδα ερευνητών έχει αναπτύξει μια νέα θεωρία που μπορεί πραγματικά να προβλέψει την κίνηση των αισθητήριων οργάνων των ζώων, ιδιαίτερα όταν το ζώο ψάχνει για κάτι σημαντικό όπως τροφή.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στις 22 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό eLife.

Ενεργειακά Περιορισμένη Αναλογική Στοίχημα

Η νεοαναπτυγμένη θεωρία, που ονομάζεται ενεργειακά περιορισμένη αναλογική στοίχημα, εφαρμόστηκε σε τέσσερα διαφορετικά είδη ζώων και αφορούσε τρεις διαφορετικές αισθήσεις, συμπεριλαμβανομένης της όρασης και της όσφρησης. Η ομάδα απέδειξε πώς η θεωρία μπορούσε να προβλέψει την παρατηρημένη αισθητήρια συμπεριφορά κάθε ζώου.

Αυτή η νέα θεωρία μπορεί να έχει επιπτώσεις στο πεδίο της ρομποτικής, πιθανώς βελτιώνοντας την απόδοση των ρομπότ όταν πρόκειται για τη συλλογή πληροφοριών. Μπορεί επίσης να κάνει μια διαφορά στην ανάπτυξη αυτόνομων οχημάτων, ιδιαίτερα βελτιώνοντας την απόκριση τους στην αβεβαιότητα.

Ο Malcolm A. Maclver ηγήθηκε της υποσχόμενης έρευνας. Είναι επίσης καθηγητής βιοϊατρικής και μηχανικής στο σχολείο Μηχανικής McCormick του Northwestern, καθώς και καθηγητής νευροβιολογίας στο κολλέγιο Weinberg Τεχνών και Επιστημών.

«Τα ζώα κάνουν το ζωντανό τους μέσω της κίνησης», είπε ο Maclver. «Για να βρουν τροφή και σύντροφους και να αναγνωρίσουν απειλές, πρέπει να κινούνται. Η θεωρία μας παρέχει έμπνευση σχετικά με το πώς τα ζώα στοιχηματίζουν πόσο ενέργεια να δαπανήσουν για να λάβουν τις χρήσιμες πληροφορίες που χρειάζονται.»

Η νέα θεωρία φωτίζει τις διαφορετικές κινήσεις των αισθητήριων οργάνων και το αποτέλεσμα του αλγορίθμου που παράγεται προσομοιώνει τις κινήσεις των αισθητήριων οργάνων. Αυτές οι κινήσεις συμφωνούν με τις πραγματικές κινήσεις των αισθητήριων οργάνων από ψάρια, θηλαστικά και έντομα.

Ο Chen Chen είναι φοιτητής διδακτορικού στο εργαστήριο του Maclver και ο πρώτος συγγραφέας, ενώ ο Todd D. Murphey, καθηγητής μηχανικής στο McCormick, είναι συν-συγγραφέας.

Στοιχηματίζοντας Ενέργεια

Η κίνηση κοστίζει πολλή ενέργεια για τα ζώα, και δαπανώνται αυτήν την ενέργεια ενώ στοιχηματίζουν ότι οι τοποθεσίες στις οποίες κινούνται θα είναι ενημερωτικές. Το ποσό της ενέργειας που προέρχεται από τη τροφή που είναι διατεθειμένα να δαπανήσουν είναι αναλογικό της αναμενόμενης αξίας αυτών των τοποθεσιών, σύμφωνα με τους ερευνητές.

«Ενώ οι περισσότερες θεωρίες προβλέπουν πώς ένα ζώο θα συμπεριφερθεί όταν έχει ήδη γνώση για το πού βρίσκεται κάτι, η δική μας είναι μια πρόβλεψη για όταν το ζώο γνωρίζει πολύ λίγα — μια κατάσταση στη ζωή και κρίσιμη για την επιβίωση», λέει ο Murphey.

Η έρευνα επικεντρώθηκε στο ψάρι γυμνοτό ηλεκτρικό από τη Νότια Αμερική, και οι πειραματικές διαδικασίες πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο του Maclver. Δεν ήταν όλα νέα δεδομένα, ωστόσο, καθώς η ομάδα χρησιμοποίησε δημοσιευμένα δεδομένα από το παρελθόν για το τυφλό ανατολικό αμερικανικό μωρό, το αμερικανικό κοκκινόσπορο και το μελισσοπαραγωγό σφίγγα.

Οι τρεις αισθήσεις που επικεντρώθηκαν περιλαμβάνουν την ηλεκτροαίσθηση με το ηλεκτρικό ψάρι, την όραση με το σφίγγα και την όσφρηση με το μωρό και το κοκκινόσπορο.

Η νεοαναπτυγμένη θεωρία οδηγεί σε περισσότερη ενέργεια και χρόνο που διατηρούνται όταν κινούνται για να συλλέξουν πληροφορίες. Ταυτόχρονα, υπάρχει αρκετή πληροφορία για να οδηγήσει την παρακολούθηση και άλλες εξερευνητικές συμπεριφορές που είναι κοινές μεταξύ των ζώων.

«Όταν κοιτάτε τα αυτιά ενός γατιού, συχνά θα τα δείτε να γυρίζουν για να δειχνουν σε διαφορετικές τοποθεσίες του χώρου», είπε ο Maclver. «Αυτό είναι ένα παράδειγμα του πώς τα ζώα είναι συνεχώς τοποθετούν τους αισθητήριους οργάνους τους για να βοηθήσουν στην απορρόφηση πληροφοριών από το περιβάλλον. Αποτελείται από πολλά που συμβαίνουν κάτω από την επιφάνεια στην κίνηση των αισθητήριων οργάνων όπως τα αυτιά, τα μάτια και η μύτη.»