Forskere Utvikler Ny Teori om Dyrs Sansning som Kan Brukes i Robotikk

Alle dyr, fra insekter til mennesker, avhenger av sansene sine som noen av de viktigste verktøyene for overlevelse. Sanseorganer som øyne, ører og nese brukes mens de søker etter mat eller oppdager trusler. Men den faktiske posisjonen og orienteringen av sanseorganene er ikke intuitiv, og de nåværende teorier kan ikke forutsi posisjon og orientering.

Dette er nå i ferd med å endre seg med nye utviklinger fra Northwestern University. Et team av forskere har kommet frem til en ny teori som faktisk kan forutsi bevegelsen av et dyr sitt sanseorgan, spesielt når dyret søker etter noe viktig som mat.

Forskningen ble publisert 22. september i tidsskriftet eLife. 

Energi-Begrenset Proporsjonal Betting

Den nylig utviklede teorien, betegnet energi-begrenset proporsjonal betting, ble brukt på fire forskjellige arter av dyr, og den omfattet tre forskjellige sanser, inkludert syn og luktesans. Teamet viste hvordan teorien kunne forutsi det observerte sanseatferden til hvert dyr.

Denne nye teorien kan ha implikasjoner innen feltet robotikk, muligens forbedre robot-ytelsen når det gjelder å samle informasjon. Den kan også gjøre en forskjell i utviklingen av autonome kjøretøy, spesielt forbedre deres respons på usikkerhet.

Malcolm A. Maclver ledet det løftende forskningen. Han er også professor i biomedisinsk og mekanisk ingeniørkunst ved Northwesterns McCormick School of Engineering, samt professor i nevrobiologi ved Weinberg College of Arts and Sciences.

“Dyr tjener til livets opphold gjennom bevegelse,” sa Maclver. “For å finne mat og partnere og for å identifisere trusler, må de bevege seg. Vår teori gir innsikt i hvordan dyr gambler med hvor mye energi de skal bruke for å få den nyttige informasjonen de trenger.”

Den nye teorien kaster lys over de forskjellige bevegelsene til sanseorganer, og den resulterende algoritmen genererte simulerede sanseorganbevegelser. Disse genererte bevegelsene stemte overens med de virkelige sanseorganbevegelsene fra fisk, pattedyr og insekter.

Chen Chen er en Ph.D-student i Maclvers laboratorium og den første forfatteren, mens Todd D. Murphey, professor i mekanisk ingeniørkunst ved McCormick, er en medforfatter.

Gambling Energi

Bevegelse koster mye energi for dyr, og de bruker denne energien mens de gambler med at de stedene de flytter til vil være informasjonsgivende. Mengden mat-deriverte energi de er villige til å bruke, er proporsjonal med den forventede verdien av disse stedene, ifølge forskerne.

“Mens de fleste teorier forutsier hvordan et dyr vil oppføre seg når det allerede vet hvor noe er, er vår en forutsigelse for når dyret vet svært lite — en situasjon i livet og kritisk for overlevelse,” sier Murphey.

Forskningen fokuserte på gymnotid elektrisk fisk fra Sør-Amerika, og eksperimentene ble utført i Maclvers laboratorium. Det var ikke all ny data, da teamet benyttet tidligere publiserte datasett om den blinde øst-amerikanske moldvarp, den amerikanske kakerlakken og colibrien.

De tre sansene som ble fokusert på, inkluderte elektrosans med elektrisk fisk, syn med møllen og luktesans med moldvarpen og kakerlakken.

Den nylig utviklede teorien fører til mer energi og tid som blir bevart når de flytter rundt for å samle informasjon. Samtidig er det nok informasjon til å guide sporings- og andre utforskningsatferd som er vanlig blant dyr.

“Når du ser på en katts ører, vil du ofte se dem svirle for å prøve forskjellige steder i rommet,” sa Maclver. “Dette er et eksempel på hvordan dyr hele tiden posisjonerer sine sanseorganer for å hjelpe dem å absorbere informasjon fra miljøet. Det viser seg at det er mye som skjer under overflaten i bevegelsen av sanseorganer som ører og øyne og nese.”