Peneliti Mengembangkan Teori Baru tentang Indra Hewan yang Dapat Digunakan dalam Robotika

Semua hewan, dari serangga hingga manusia, mengandalkan indra mereka sebagai alat yang paling penting untuk bertahan hidup. Organ indra seperti mata, telinga, dan hidung digunakan saat mencari makanan atau mendeteksi ancaman. Namun, posisi dan orientasi organ indra yang sebenarnya tidak intuitif, dan teori yang saat ini diterapkan tidak dapat membuat prediksi tentang posisi dan orientasi. 

Hal ini sekarang berubah dengan perkembangan baru yang datang dari Universitas Northwestern. Tim peneliti telah mengembangkan teori baru yang sebenarnya dapat memprediksi gerakan organ indra hewan, khususnya ketika hewan tersebut sedang mencari sesuatu yang penting seperti makanan. 

Penelitian ini diterbitkan pada tanggal 22 September di jurnal eLife. 

Energy-Constrained Proportional Betting

Teori baru yang dikembangkan, yang disebut energy-constrained proportional betting, diterapkan pada empat spesies hewan yang berbeda, dan melibatkan tiga indra yang berbeda, termasuk penglihatan dan penciuman. Tim menunjukkan bagaimana teori dapat memprediksi perilaku indra yang diamati dari setiap hewan.

Teori baru ini dapat memiliki implikasi dalam bidang robotika, mungkin memperbaiki kinerja robot dalam mengumpulkan informasi. Ini juga dapat membuat perbedaan dalam pengembangan kendaraan otonom, khususnya memperbaiki respons mereka terhadap ketidakpastian. 

Malcolm A. Maclver memimpin penelitian yang menjanjikan. Ia juga merupakan profesor teknik biomedis dan mesin di Sekolah Teknik McCormick Northwestern, serta profesor neurobiologi di Fakultas Seni dan Ilmu Pengetahuan Weinberg. 

“Hewan membuat hidup mereka melalui gerakan,” kata Maclver. “Untuk menemukan makanan dan pasangan dan untuk mengidentifikasi ancaman, mereka perlu bergerak. Teori kami memberikan wawasan tentang bagaimana hewan bertaruh pada seberapa banyak energi yang mereka habiskan untuk mendapatkan informasi yang berguna yang mereka butuhkan.”

Teori baru ini memberikan penerangan tentang gerakan organ indra yang berbeda, dan algoritma yang dihasilkan menghasilkan gerakan organ indra yang disimulasikan. Gerakan yang dihasilkan ini sesuai dengan gerakan organ indra yang sebenarnya dari ikan, mamalia, dan serangga. 

Chen Chen adalah mahasiswa Ph.D di laboratorium Maclver dan penulis pertama, sedangkan Todd D. Murphey, profesor teknik mesin di McCormick, adalah co-penulis. 

Gambling Energy

Gerakan membutuhkan banyak energi bagi hewan, dan mereka menghabiskan energi tersebut sambil bertaruh bahwa lokasi yang mereka tuju akan memberikan informasi. Jumlah energi yang berasal dari makanan yang mereka rela habiskan sebanding dengan nilai yang diharapkan dari lokasi tersebut, menurut peneliti.

“Sementara sebagian besar teori memprediksi bagaimana hewan akan berperilaku ketika mereka sudah tahu di mana sesuatu berada, milik kami adalah prediksi untuk saat hewan tidak tahu banyak — situasi dalam kehidupan dan kritis untuk bertahan hidup,” kata Murphey. 

Penelitian ini berfokus pada ikan listrik gymnotid dari Amerika Selatan, dan eksperimen dilakukan di laboratorium Maclver. Namun, tidak semua data baru, karena tim menggunakan dataset yang telah dipublikasikan sebelumnya tentang mol American buta, kecoak Amerika, dan ngengat hummingbird. 

Tiga indra yang difokuskan termasuk electroreception dengan ikan listrik, penglihatan dengan ngengat, dan penciuman dengan mol dan kecoak.

Teori baru ini menyebabkan lebih banyak energi dan waktu yang dipertahankan saat bergerak untuk mengumpulkan informasi. Pada saat yang sama, ada cukup informasi untuk memandu perilaku pelacakan dan eksplorasi lainnya yang umum di antara hewan. 

“Ketika Anda melihat telinga kucing, Anda sering melihat mereka berputar untuk mengambil sampel lokasi yang berbeda di ruang,” kata Maclver. “Ini adalah contoh tentang bagaimana hewan terus-menerus memposisikan organ indra mereka untuk membantu mereka menyerap informasi dari lingkungan. Ternyata ada banyak hal yang terjadi di bawah permukaan dalam gerakan organ indra seperti telinga, mata, dan hidung.”