Ricercatori Sviluppano 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 alcuni degli strumenti più importanti per la sopravvivenza. Gli organi sensoriali come gli occhi, le orecchie e il naso vengono utilizzati mentre si cerca cibo o si rilevano minacce. Tuttavia, la posizione e l’orientamento effettivi degli organi sensoriali non sono intuitivi, e le teorie attualmente impiegate non sono in grado di fare previsioni sulla posizione e l’orientamento.

Ciò sta cambiando ora con nuovi sviluppi provenienti dalla Northwestern University. Un team di ricercatori ha elaborato una nuova teoria che è in grado di prevedere il movimento degli organi sensoriali di un animale, in particolare quando quell’animale sta cercando qualcosa di importante come il cibo.

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

Scommessa Proporzionale Vincolata dall’Energia

La nuova teoria sviluppata, denominata scommessa proporzionale vincolata dall’energia, 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 potesse 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.

Malcolm A. Maclver ha guidato la promettente ricerca. 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 compagni e identificare 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 simulato i movimenti degli organi sensoriali. I 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 di Energia

Il movimento costa moltissima energia agli animali e spendono quell’energia scommettendo che le posizioni a 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 sa più o meno 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”, dice 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 dataset pubblicati in precedenza su talpa cieca americana, scarafaggio americano e falena hummingbird.

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

La nuova teoria 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 tracciamento e altri comportamenti esploratori comuni tra gli animali.

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