Tutkijat kehittivät uuden teorian eläinten aistimisesta, jota voidaan soveltaa robotiikkaan

Kaikki eläimet, aina hyönteisistä ihmisiin, luottavat aistiensoiensa avulla selviytymisessä. Aistin elimet kuten silmät, korvat ja nenä ovat tärkeitä etsittäessä ruokaa tai havaittaessa uhkia. Kuitenkin aistin elinten todellinen sijainti ja suunta eivät ole intuitiivisia, ja nykyään käytössä olevat teoriat eivät pysty tekemään ennusteita aistin elinten sijainnista ja suunnasta. 

Tilanne on kuitenkin muuttumassa Northwestern-yliopistosta tulevien uusien kehitysten myötä. Tutkijaryhmä on kehittänyt uuden teorian, joka kykenee tosiaan ennustamaan eläimen aistin elinten liikkeitä, erityisesti kun eläin etsii jotain tärkeää kuten ruokaa. 

Tutkimus julkaistiin 22. syyskuuta eLife-lehdessä. 

Energia-rajoitettu suhteellinen uhkapeli

Uuden teorian, jota kutsutaan energia-rajoitettuksi suhteelliseksi uhkapeliksi, sovellettiin neljään eri eläinlajiin, ja siinä tutkittiin kolmea eri aistia, mukaan lukien näkö ja haju. Tutkijaryhmä osoitti, miten teoria voisi ennustaa jokaisen eläimen havaittuja aistimisominaisuuksia.

Tämä uusi teoria voi vaikuttaa robotiikan alalla, mahdollisesti parantaen robotien suorituskykyä tietojen keräämisessä. Se voi myös vaikuttaa itseohjautuvien ajoneuvojen kehitykseen, erityisesti parantaen niiden vastetta epävarmuuteen. 

Malcolm A. Maclver johti lupaavaa tutkimusta. Hän on myös Northwesternin yliopiston McCormickin insinööritieteellisen tiedekunnan apulaisprofessori sekä Weinbergin humanistisen tieteellisen tiedekunnan neurobiologian professori. 

“Eläimet ansaitsevat elantonsa liikkuessaan,” Maclver sanoi. “Ruoan, kumppaneiden ja uhkien löytämiseksi heidän on liikuttava. Teoriamme antaa näkymän siihen, miten eläimet uhkapelaavat siitä, kuinka paljon energiaa he käyttävät saadakseen tarpeellista tietoa.”

Uusi teoria antaa valaistusta aistin elinten eri liikkeisiin, ja tuloksena oleva algoritmi generoi simuloituja aistin elinten liikkeitä. Nämä generoidut liikkeet ovat yhteneväisiä kalan, nisäkkäiden ja hyönteisten todellisten aistin elinten liikkeiden kanssa. 

Chen Chen on Maclverin laboratorion tohtorikoulutettava ja ensimmäinen tekijä, kun taas Todd D. Murphey, McCormickin insinööritieteellisen tiedekunnan professori, on yksi tekijöistä. 

Energian uhkapeli

Liikkuminen maksaa eläimille paljon energiaa, ja he käyttävät sitä uhkapelaamalla siitä, ovatko sijainnit, joihin he liikkuvat, informatiivisia. Ruuan tuottamasta energiasta he ovat valmiit käyttämään sitä sijoituksiin, joiden odotettu arvo on suhteessa niiden sijainteiden odotettuun arvoon, tutkijoiden mukaan.

“Useimmat teoriat ennustavat, miten eläin käyttäytyy, kun se jo tietää, missä jokin on, mutta meidän teoriamme on ennuste siitä, miten eläin käyttäytyy, kun se tietää hyvin vähän — elämässä ja selviytymisessä kriittinen tilanne,” Murphey sanoo. 

Tutkimus keskittyi Etelä-Amerikasta peräisin olevaan sähkökaloihin, ja kokeet tehtiin Maclverin laboratoriossa. Se ei kuitenkaan ollut ainoastaan uutta dataa, sillä tutkijaryhmä hyödynsi aiemmin julkaistuja tietoja sokeasta itä-amerikkalaisesta myyrästä, amerikkalaisesta torakkaasta ja kolibrimotosta. 

Kolme aistia, joita tutkittiin, olivat sähköaisti sähkökalalla, näkö motolla ja haju myyrällä ja torakkaalla.

Uusi teoria johtaa siihen, että enemmän energiaa ja aikaa säästyy liikkuessa tietojen keräämiseksi. Samalla on tarpeeksi tietoa ohjata jäljittämistä ja muita tutkimusominaisuuksia, joita eläimet yleensä käyttävät. 

“Kun katselet kissan korvia, näet usein ne kääntyvän eri suuntiin avaruudessa,” Maclver sanoi. “Tämä on esimerkki siitä, miten eläimet jatkuvasti sijoittavat aistin elimiään niin, että ne voivat imeä tietoa ympäristöstään. Siinä on paljon tapahtumassa pinnan alla aistin elinten liikkeissä, kuten korvissa, silmissä ja nenässä.”