Tutkijat kehittivät uuden teorian eläinten aistimisesta, jota voidaan soveltaa robottiikkaan

Kaikki eläimet, aina hyönteisistä ihmisiin, luottavat aisteihin selviytymisen kannalta tärkeimpinä työkaluina. Aistielimiä, kuten silmiä, korvia ja nenää, käytetään ruoan etsimiseen tai uhkien havaitsemiseen. Todellinen aistielinten sijainti ja suuntaus eivät kuitenkaan ole itsestään selvää, ja nykyiset teoriat eivät pysty tekemään ennusteita aistielinten sijainnista ja suuntauksesta.

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

Tutkimus julkaistiin 22. syyskuuta eLife-lehdessä.

Energia-rajoitettu suhteellinen vedonlyönti

Uusi teoria, jota kutsutaan energia-rajoitettuksi suhteelliseksi vedonlyönniksi, sovellettiin neljään eri eläinlajiin, ja se käsitteli kolmea eri aistia, mukaan lukien näön ja hajun. Tutkijaryhmä osoitti, miten teoria kykeni ennustamaan jokaisen eläimen havaitun aistimiskäyttäytymisen.

Tämä uusi teoria voi olla merkittävä robottiikan kehityksessä, mahdollisesti parantaen robotien suorituskykyä tietojen keräämisessä. Se voi myös vaikuttaa itseohjautuvien ajoneuvojen kehitykseen, erityisesti parantaen niiden reagointia epävarmuuteen.

Malcolm A. Maclver johti lupaavaa tutkimusta. Hän on myös Northwesternin McCormickin insinööritieteellisen koulun biomekaniikan ja mekaniikan professori sekä Weinbergin humanistisen tieteiden collegen neurobiologian professori.

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

Uusi teoria antaa valaistusta aistielinten eri liikkeisiin, ja tuloksena syntynyt algoritmi generoi simuloituja aistielinten liikkeitä. Nämä liikkeet vastaavat todellisten eläinten aistielinten liikkeitä kaloista, nisäkkäistä ja hyönteisistä.

Chen Chen on Maclverin laboratorion jatko-opiskelija ja ensisijainen tekijä, kun taas Todd D. Murphey, McCormickin insinööritieteellisen koulun mekaniikan professori, on yksi tekijöistä.

Uhkapelien energia

Liikkuminen maksaa eläimille paljon energiaa, ja he käyttävät sitä uhkapelaamalla siitä, ovatko heidän liikkumiseensa valitsemansa sijainnit tietopohjaisia. Ruoasta johdettavan energian määrä, jota he ovat valmiit käyttämään, on suhteessa odotettuihin sijainteihin, tutkijoiden mukaan.

“Kun useimmat teoriat ennustavat, miten eläin käyttäytyy, kun se jo melko hyvin tietää, missä jokin on, meidän teoriamme on ennuste siitä, miten eläin käyttäytyy, kun se tietää hyvin vähän – tilanne, joka on elämän kannalta tärkeä ja kriittinen”, Murphey sanoo.

Tutkimus keskittyi Etelä-Amerikan sähkökaloihin, ja kokeet tehtiin Maclverin laboratoriossa. Se ei kuitenkaan ollut kaikki uusi data, sillä tutkijaryhmä hyödynsi aiemmin julkaistuja tietoja sokea itä-amerikkalaisesta myyrästä, amerikkalaisesta torakkaasta ja kolibrista.

Kolme aistia, joita tutkittiin, olivat sähkön aisti sähkökalalla, näkö kolibrilla ja haju myyrällä ja torakkaalla.

Uusi teoria johtaa siihen, että enemmän energiaa ja aikaa säästyy liikkuessa tietojen keräämiseksi. Samalla on riittävästi tietoa ohjata seurantaa ja muita tutkimus käyttäytymisiä, jotka ovat yleisiä eläimillä.

“Kun katsot kissan korvia, näet usein, kuinka ne liikkuvat eri suuntiin avaruudessa”, Maclver sanoi. “Tämä on esimerkki siitä, miten eläimet jatkuvasti asettavat aistielimiään auttamaan niitä imevätkö tietoa ympäristöstä. Todellisuudessa on paljon tapahtumassa aistielinten liikkeiden alla, kuten korvien, silmien ja nenien liikkeissä.”