동물 감각에 대한 새로운 이론 개발, 로봇공학에 활용 가능

모든 동물, 곤충부터 인간에 이르기까지, 생존을 위해 감각을 가장 중요한 도구로 사용한다. 감각 기관인 눈, 귀, 코는 음식이나 위협을 탐지하는 동안 사용된다. 그러나 감각 기관의 실제 위치와 방향은 직관적이지 않으며, 현재 적용되는 이론은 위치와 방향에 대한 예측을 할 수 없다.

이제 노스웨스턴 대학교의 새로운 연구 개발로 상황이 바뀌고 있다. 연구팀은 실제로 동물의 감각 기관의 움직임을 예측할 수 있는 새로운 이론을 개발했다. 이 이론은 특히 음식이나 중요한 것을 찾을 때 동물의 감각 기관의 움직임을 예측한다.

이 연구는 9월 22일 eLife 저널에 발표되었다.

에너지 제약 пропор셔널 베팅

새로 개발된 이론은 에너지 제약 пропор셔널 베팅이라고 불리며, 네 가지 다른 동물 종에 적용되었으며, 시각과 후각을 포함한 세 가지 감각을 포함했다. 연구팀은 이 이론이 각 동물의 관찰된 감각 행동을 예측할 수 있음을 보여주었다.

이 새로운 이론은 로봇공학 분야에서 정보 수집 성능을 개선하는 데 영향을 미칠 수 있으며, 자율 주행 자동차의 개발에서도 불확실성에 대한 반응을 개선하는 데 기여할 수 있다.

Malcolm A. Maclver는 이 연구를 이끌었다. 그는 노스웨스턴 대학교의 McCormick 공과대학에서 생체 의학 및 기계 공학 교수이며, Weinberg 예술 과학 대학에서 신경 생물학 교수이다.

“동물은 운동을 통해 생존한다”라고 Maclver는 말했다. “음식과 짝을 찾고 위협을 식별하기 위해 운동이 필요하다. 우리의 이론은 동물이 유용한 정보를 얻기 위해 얼마큼의 에너지를 사용할지에 대한 내기를 어떻게 하는지에 대한 통찰력을 제공한다”.

새로운 이론은 감각 기관의 다양한 움직임에 대한 통찰력을 제공하며, 생성된 알고리즘은 시뮬레이션된 감각 기관의 움직임을 생성했다. 이러한 생성된 움직임은 물고기, 포유류, 곤충의 실제 감각 기관의 움직임과 일치했다.

Chen Chen은 Maclver의 연구실에서 박사 과정 학생이며, 첫 번째 저자이다. Todd D. Murphey는 McCormick의 기계 공학 교수이며 공동 저자이다.

도박 에너지

운동은 동물에게 많은 에너지를 소모하며, 동물은 위치를 이동하는 데 에너지를 사용한다. 동물은 위치가 정보를 제공할 것이라는 기대에 따라 에너지를 사용한다.

“대부분의 이론은 동물이 이미 뭔가를 찾았을 때 어떻게 행동할지에 대한 예측을 제공하지만, 우리의 이론은 동물이 거의 아무 것도 모를 때의 예측을 제공한다”라고 Murphey는 말했다.

이 연구는 남아메리카의 Gymnotid 전기 물고기에 초점을 맞추었으며, Maclver의 연구실에서 실험을 수행했다. 그러나 모든 데이터가 새로운 것은 아니며, 연구팀은 과거에 발표된 데이터를 사용했다.

연구에 사용된 세 가지 감각은 전기 감각, 시각, 후각이다.

새로 개발된 이론은 정보를 수집하기 위해 움직일 때 에너지와 시간을 절약하는 데 도움이 된다. 동시에, 추적 및 탐색과 같은 동물의 행동을 안내하는 데 충분한 정보를 제공한다.

“고양이의 귀를 보면, 종종 공간의 다른 위치를 샘플링하기 위해 회전하는 것을 볼 수 있다”라고 Maclver는 말했다. “이것은 동물이 환경에서 정보를 흡수하기 위해 감각 기관을 어떻게 위치시키는지에 대한 예이다. 감각 기관의 움직임에는 많은 것이 있다”.