Les chercheurs développent une nouvelle théorie sur la perception animale qui pourrait être utilisée dans la robotique

Tous les animaux, des insectes aux humains, dépendent de leurs sens comme outils les plus importants pour la survie. Les organes sensoriels tels que les yeux, les oreilles et les nez sont utilisés lors de la recherche de nourriture ou de la détection de menaces. Cependant, la position et l’orientation réelles des organes sensoriels ne sont pas intuitives, et les théories actuellement déployées ne sont pas en mesure de prédire la position et l’orientation.

Cela change maintenant avec les nouveaux développements issus de l’Université Northwestern. Une équipe de chercheurs a élaboré une nouvelle théorie qui est en fait capable de prédire le mouvement des organes sensoriels d’un animal, en particulier lorsqu’il recherche quelque chose d’important comme de la nourriture.

La recherche a été publiée le 22 septembre dans la revue eLife.

Paris proportionnel contraint par l’énergie

La théorie nouvellement développée, appelée pari proportionnel contraint par l’énergie, a été appliquée à quatre espèces différentes d’animaux et a impliqué trois sens différents, notamment la vision et l’odorat. L’équipe a démontré comment la théorie pourrait prédire le comportement de détection observé de chaque animal.

Cette nouvelle théorie pourrait avoir des implications dans le domaine de la robotique, améliorant possiblement les performances des robots lors de la collecte d’informations. Elle pourrait également faire une différence dans le développement de véhicules autonomes, en améliorant leur réponse à l’incertitude.

Malcolm A. Maclver a dirigé la recherche prometteuse. Il est également professeur de génie biomédical et mécanique à l’école d’ingénierie McCormick de Northwestern, ainsi que professeur de neurobiologie à la faculté des arts et des sciences Weinberg.

« Les animaux gagnent leur vie en bougeant », a déclaré Maclver. « Pour trouver de la nourriture et des partenaires et identifier les menaces, ils doivent bouger. Notre théorie fournit des informations sur la façon dont les animaux parient sur la quantité d’énergie à dépenser pour obtenir les informations utiles dont ils ont besoin. »

La nouvelle théorie éclaire les différents mouvements des organes sensoriels, et l’algorithme généré a simulé les mouvements des organes sensoriels. Ces mouvements générés sont conformes aux mouvements réels des organes sensoriels des poissons, des mammifères et des insectes.

Chen Chen est un étudiant en doctorat dans le laboratoire de Maclver et le premier auteur, tandis que Todd D. Murphey, professeur de génie mécanique à McCormick, est un co-auteur.

Énergie de jeu

Le mouvement coûte beaucoup d’énergie aux animaux, et ils dépensent cette énergie en pariant que les endroits où ils se déplacent seront informatifs. La quantité d’énergie dérivée de la nourriture qu’ils sont prêts à dépenser est proportionnelle à la valeur attendue de ces endroits, selon les chercheurs.

« Alors que la plupart des théories prédisent comment un animal se comportera lorsqu’il sait déjà en grande partie où quelque chose se trouve, la nôtre est une prédiction pour lorsqu’il sait très peu – une situation de la vie et critique pour la survie », déclare Murphey.

La recherche s’est concentrée sur le poisson électrique gymnotid d’Amérique du Sud, et des expériences ont été menées dans le laboratoire de Maclver. Ce n’était pas tout à fait de nouvelles données, car l’équipe a utilisé des jeux de données publiés précédemment sur la taupe aveugle américaine de l’Est, la blatte américaine et le sphinx colibri.

Les trois sens sur lesquels on s’est concentré comprennent l’électro-sens avec le poisson électrique, la vision avec la mite et l’odorat avec la taupe et la blatte.

La théorie nouvellement développée conduit à une préservation de plus d’énergie et de temps lors du déplacement pour collecter des informations. En même temps, il y a suffisamment d’informations pour guider les comportements de poursuite et d’exploration courants chez les animaux.

« Lorsque vous regardez les oreilles d’un chat, vous les verrez souvent pivoter pour échantillonner différents endroits de l’espace », a déclaré Maclver. « C’est un exemple de la façon dont les animaux positionnent constamment leurs organes sensoriels pour aider à absorber les informations de l’environnement. Il s’avère qu’il se passe beaucoup de choses sous la surface dans le mouvement des organes sensoriels comme les oreilles, les yeux et les nez. »