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

Όλα τα ζώα, από τα έντομα μέχρι τους ανθρώπους, βασίζονται στις αισθήσεις τους ως κάποια από τα πιο σημαντικά εργαλεία για την επιβίωσή τους. Τα αισθητήρια όργανα όπως τα μάτια, τα αυτιά και η μύτη χρησιμοποιούνται ενώ ψάχνουν για τροφή ή ανιχνεύουν απειλές. Ωστόσο, η πραγματική θέση και προσανατολισμός των αισθητηρίων οργάνων δεν είναι εύκολη, και οι θεωρίες που εφαρμόζονται σήμερα δεν είναι σε θέση να κάνουν προβλέψεις για τη θέση και τον προσανατολισμό. 

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

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στις 22 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό eLife. 

Ενεργειακά Περιορισμένα Αναλογικά Παράτημα

Η νεοαναπτυγμένη θεωρία, που ονομάζεται ενεργειακά περιορισμένα αναλογικά παράτημα, εφαρμόστηκε σε τέσσερα διαφορετικά είδη ζώων και αφορούσε τρεις διαφορετικές αισθήσεις, συμπεριλαμβανομένης της όρασης και της όσφρησης. Η ομάδα απέδειξε πώς η θεωρία θα μπορούσε να προβλέψει την παρατηρημένη αισθητηριακή συμπεριφορά κάθε ζώου.

Αυτή η νέα θεωρία θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στο πεδίο της ρομποτικής, πιθανόν βελτιώνοντας την απόδοση των ρομπότ όταν πρόκειται για τη συλλογή πληροφοριών. Θα μπορούσε 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 κολέγιο Weinberg Τεχνών και Επιστημών. 

«Τα ζώα κάνουν την ζωή 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 παίζουν το ποσό ενέργειας που θα δαπανήσουν για να λάβουν τις χρήσιμες πληροφορίες που χρειάζονται.»

Η νέα θεωρία ρίχνει φως στις διαφορετικές κινήσεις των αισθητηρίων οργάνων και το αποτέλεσμα του αλγορίθμου που παράγεται προσομοιώνει τις κινήσεις των αισθητηρίων οργάνων. Αυτές οι κινήσεις συμφωνούν με τις πραγματικές κινήσεις των αισθητηρίων 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. 

Παίζοντας Ενέργεια

Η κίνηση κοστίζει πολλή ενέργεια για τα ζώα, και δαπανώνται αυτή την ενέργεια ενώ παίζουν ότι οι τοποθεσίες στις οποίες κινούνται θα είναι ενημερωτικές. Το ποσό της ενέργειας που προέρχεται από την τροφή που είναι διατεθειμένοι 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 ήδη γνωρίζει πού είναι 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 γυμνότο ηλεκτρικό ψάρι από τη Νότια Αμερική, και οι πειραματικές διαδικασίες πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο του Maclver. Δεν ήταν όλα νέα δεδομένα, ωστόσο, καθώς η ομάδα χρησιμοποίησε προηγούμενα δημοσιευμένα σύνολα δεδομένων για το τυφλό ανατολικό αμερικανικό μωρό, τον αμερικανικό κατσαβίδη και το μελισσοπαρασιτικό. 

Οι τρεις αισθήσεις που επικεντρώθηκαν περιλαμβάνουν την ηλεκτροαίσθηση με το ηλεκτρικό ψάρι, την όραση με το μελισσοπαρασιτικό και την όσφρηση με το μωρό και τον κατσαβίδη.

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 μιας γάτας, συχνά θα δείτε ότι γυρίζουν για να δειξουν διαφορετικές τοποθεσίες του χώρου», είπε ο Maclver. «Αυτό είναι ένα παράδειγμα του πώς τα ζώα τοποθετούν συνεχώς τα αισθητήρια όργανα τους για να βοηθήσουν στην απορρόφηση πληροφοριών από το περιβάλλον. Αποτελείται από πολλά πράγματα κάτω από την επιφάνεια στην κίνηση των αισθητηρίων οργάνων όπως τα αυτιά, τα μάτια και η μύτη.»