I ricercatori sviluppano una nuova teoria sulla percezione animale che potrebbe essere utilizzata nella robotica

Tutti gli animali, dagli insetti agli esseri umani, si affidano ai loro sensi come strumenti fondamentali per la sopravvivenza. Gli organi sensoriali come gli occhi, le orecchie e il naso vengono utilizzati durante la ricerca di cibo o la rilevazione di minacce. Tuttavia, la posizione e l’orientamento effettivi degli organi sensoriali non sono intuitivi, e le teorie attualmente impiegate non sono in grado di prevedere la posizione e l’orientamento.

Questo sta cambiando con i nuovi sviluppi provenienti dalla Northwestern University. Un team di ricercatori ha elaborato una nuova teoria in grado di prevedere il movimento degli organi sensoriali degli animali, in particolare quando l’animale sta cercando qualcosa di importante come il cibo.

La ricerca è stata pubblicata il 22 settembre sulla rivista eLife.

Scommessa proporzionale con vincolo energetico

La teoria appena sviluppata, chiamata scommessa proporzionale con vincolo energetico, è stata applicata a quattro diverse specie di animali e ha coinvolto tre diversi sensi, tra cui la vista e l’olfatto. Il team ha dimostrato come la teoria possa prevedere il comportamento di percezione osservato di ciascun animale.

Questa nuova teoria potrebbe avere implicazioni nel campo della robotica, migliorando potenzialmente le prestazioni dei robot nella raccolta di informazioni. Potrebbe anche fare la differenza nello sviluppo di veicoli autonomi, migliorando la loro risposta all’incertezza.

La ricerca promettente è stata guidata da Malcolm A. Maclver. È anche professore di ingegneria biomedica e meccanica alla McCormick School of Engineering della Northwestern, nonché professore di neurobiologia alla Weinberg College of Arts and Sciences.

“Gli animali guadagnano da vivere attraverso il movimento”, ha detto Maclver. “Per trovare cibo e partner e identificare le minacce, devono muoversi. La nostra teoria fornisce insight su come gli animali scommettono su quanto energia spendere per ottenere le informazioni utili di cui hanno bisogno”.

La nuova teoria getta luce sui diversi movimenti degli organi sensoriali e l’algoritmo generato ha prodotto movimenti simulati degli organi sensoriali. Questi movimenti generati sono stati in accordo con i movimenti reali degli organi sensoriali di pesci, mammiferi e insetti.

Chen Chen è uno studente di dottorato nel laboratorio di Maclver e il primo autore, mentre Todd D. Murphey, professore di ingegneria meccanica alla McCormick, è un coautore.

Scommessa energetica

Il movimento costa moltissima energia agli animali, e la spendono scommettendo che le posizioni in cui si stanno muovendo saranno informative. La quantità di energia derivata dal cibo che sono disposti a spendere è proporzionale al valore atteso di quelle posizioni, secondo i ricercatori.

“Mentre la maggior parte delle teorie prevede come un animale si comporterà quando già conosce in gran parte dove si trova qualcosa, la nostra è una previsione per quando l’animale sa molto poco – una situazione nella vita e critica per la sopravvivenza”, afferma Murphey.

La ricerca si è concentrata sul pesce elettrico gymnotid del Sud America, e gli esperimenti sono stati condotti nel laboratorio di Maclver. Tuttavia, non si trattava di dati completamente nuovi, poiché il team ha utilizzato anche dataset pubblicati in precedenza su talpa cieca americana orientale, scarafaggio americano e falena colibrì.

I tre sensi su cui si è concentrata la ricerca includono l’elettroricezione con il pesce elettrico, la vista con la falena e l’olfatto con la talpa e lo scarafaggio.

La teoria appena sviluppata porta a una maggiore conservazione di energia e tempo quando ci si muove per raccogliere informazioni. Allo stesso tempo, c’è abbastanza informazione per guidare il comportamento di tracciamento e altri comportamenti esploratori comuni tra gli animali.

“Quando guardi le orecchie di un gatto, spesso le vedi ruotare per campionare diverse posizioni nello spazio”, ha detto Maclver. “Questo è un esempio di come gli animali stiano costantemente posizionando i loro organi sensoriali per aiutarsi ad assorbire informazioni dall’ambiente. Risulta che c’è molto in gioco al di sotto della superficie nel movimento degli organi sensoriali come orecchie, occhi e nasi”.