Robotvisjes gemaakt om invasieve soorten te bestrijden

NYU Tandon School of Engineering Professor Maurizio Porfiri en zijn team van onderzoekers van NYU Tandon en de University of Western Australia hebben aangetoond hoe robotvisjes kunnen worden gebruikt om te vechten tegen een van de meest problematische invasieve soorten ter wereld, de muskietvis. De bestrijding van invasieve soorten is een probleem waar landen over de hele wereld mee te maken hebben, en enkele van de grootste problemen doen zich voor in meren en rivieren. Het is in deze omgevingen waar vissen en andere soorten barrières hebben die hen tegen roofdieren beschermen. Deze nieuwe ontwikkelingen, uit het laboratorium dat zich bezighoudt met biometrische robots en diergedrag, kunnen oplossingen bieden voor grote problemen overal.

De populatie van muskietvissen is over de hele wereld toegenomen in zoete meren en rivieren, en ze veroorzaken ernstige problemen voor de inheemse vis- en amfibieënsoorten. De traditionele manier om muskietvissen te bestrijden is door middel van giftige stoffen of vangsten, en dit is vaak niet succesvol of schadelijk voor de lokale wildlife.

Het team van onderzoekers onder leiding van Porfiri voerde experimenten uit om te zien of het mogelijk was voor een biologisch geïnspireerde robotvis om angstgerelateerde veranderingen in het gedrag van de muskietvis te veroorzaken. Wat ze concludeerden was dat zelfs een kleine blootstelling aan robotische baars, de grootste predator van de muskietvis, stressreacties veroorzaakte. Ze vermijdden bepaalde gedragingen en ondergingen psychologische veranderingen als gevolg van het verlies van energievoorraden. Deze veranderingen waren dan de mogelijke reden voor een vermindering van de voortplantingsratio’s onder de vissen.

Het artikel werd gepubliceerd in het tijdschrift van de Royal Society Interface. Het heet “Behavioral and Life-History Responses of Mosquitofish to Biologically Inspired and Interactive Robotic Predators.”

“Voor zover wij weten, is dit de eerste studie die robots gebruikt om angstreacties op te wekken bij deze invasieve soort,” zei Porfiri. “De resultaten laten zien dat een robotvis die de zwempatronen en visuele verschijning van de baars nauwkeurig nabootst, een krachtige, langdurige invloed heeft op muskietvissen in het laboratorium.”

De experimenten bestonden uit het blootstellen van groepen muskietvissen aan een robotische baars gedurende een periode van 15 minuten. Dit gebeurde een keer per week gedurende zes opeenvolgende weken. Elke sessie omvatte een ander gedrag dat door de robotische baars werd getoond. In sommige van de proeven was de robotvis zo geprogrammeerd dat hij real-time feedback gaf en predatorgedrag nabootste door sneller te zwemmen. De onderzoekers analyseerden de gegevens en vonden een verband tussen de mate van biomimicry in de robot en de stressniveaus van de levende muskietvissen. Enkele van de angstgerelateerde gedragingen die de muskietvissen vertoonden, waren het stoppen op een plaats, een toename van het wantrouwen voor onbekende en onverkende ruimtes, en onregelmatige zwempatronen.

Een ander gebied waar de onderzoekers zich op richtten, was de fysiologische parameters van de stressreactie. Ze maten de vissen elke week om eventuele veranderingen in gewicht of lengte te volgen. Wanneer een vis afneemt in gewicht, kan dit een reactie op roofdieren zijn, en het veroorzaakt lagere energievoorraden. Deze vissen kunnen niet zo lang overleven en hebben niet dezelfde hoeveelheid energie om te besteden aan voortplanting.

Telkens wanneer de robotische baars agressief gedrag nabootste door aanvalspatronen te zwemmen, werden de hoogste niveaus van gedrags- en fysiologische stressreacties gemeten onder de muskietvissen.

“Verdere studies zijn nodig om te bepalen of deze effecten zich vertalen naar wilde populaties, maar dit is een concreet bewijs van het potentieel van robotica om het muskietvisprobleem op te lossen,” zei Giovanni Polverino, Forrest Fellow in de afdeling Biologische Wetenschappen van de University of Western Australia en de eerste auteur van het artikel. “We hebben veel meer werk gaande tussen onze scholen om nieuwe, effectieve tools te ontwikkelen om de verspreiding van invasieve soorten te bestrijden.”

Het Dynamical Systems Laboratory, geleid door Porfiri, gebruikt vaak biometrische robots met levende vissen om collectief diergedrag te bestuderen. Deze gedragingen omvatten voorkeuren voor paargedrag en leiderschap. Een ander voordeel van deze technologie is dat het de noodzaak vermindert om levende dieren te gebruiken voor experimenten.

Deze ontwikkelingen zijn nog een voorbeeld van hoe robotica haar weg vindt in elk aspect van de samenleving en het milieu. Het is niet moeilijk om vooruit te kijken naar een punt waarop we robotvissen hebben die zijn toegewijd aan bepaalde taken en worden aangestuurd door kunstmatige intelligentie, en die leven in ons milieu met levende soorten.