Robotfisk skapt for å kontrollere invasive arter

NYU Tandon School of Engineering Professor Maurizio Porfiri og hans team av forskere fra NYU Tandon og University of Western Australia har demonstrert hvordan robotfisk kan brukes til å bekjempe en av de mest problematiske invasive artene i verden, myggfisken. Kontrollen av invasive arter er et problem som land over hele verden må håndtere, og noen av de største problemene oppstår i innsjøer og elver. Det er i disse miljøene hvor fisk og andre arter har barrierer som forhindrer dem fra å flykte fra rovdyr. Disse nye utviklingene, fra laboratoriet som handler med biometriske roboter og dyreatferd, kan gi løsninger på store problemer overalt. 

Bestanden av myggfisk har skutt i vejret over hele verden i ferskvannsinnsjøer og elver, og de forårsaker alvorlige problemer for de lokale fiske- og amfibieartene. Den tradisjonelle måten å kontrollere myggfisken på er gjennom giftstoffer eller fangst, og det er ofte mislykket eller skadelig for det lokale dyrelivet. 

Forskergruppen ledet av Porfiri gjennomførte eksperimenter for å se om det var mulig for en biologisk inspirert robotfisk å forårsake fryktrelaterte endringer i myggfiskens atferd. Det de konkluderte med var at selv en liten mengde eksponering for en robotisk stor munnsugende abbor, myggfiskens største rovdyr, forårsaket stressresponser. De unngikk så visse atferder og gjennomgikk psykologiske endringer forårsaket av tap av energireservene. Disse endringene var så muligvis årsaken til en reduksjon i formeringsraten blant fiskene. 

Artikkelen ble publisert i Journal of the Royal Society Interface. Den heter “Behavioral and Life-History Responses of Mosquitofish to Biologically Inspired and Interactive Robotic Predators.” 

“Så langt vi vet, er dette den første studien som bruker roboter til å utløse fryktresponser i denne invasive arten,” sa Porfiri. “Resultatene viser at en robotfisk som nært gjengir svømme mønster og visuell utseende av stor munnsugende abbor, har en kraftig og varig innvirkning på myggfisken i laboratoriemiljøet.”

Eksperimentene innebar å eksponere grupper av myggfisk for en robotisk stor munnsugende abbor i en periode på 15 minutter. Dette skjedde en gang per uke i løpet av seks påfølgende uker. Hver sesjon innebar en annen atferd vist av den robotiske abboren. I noen av prøvene var den robotiske fisken programmert til å gi sanntids tilbakemelding, og den gjengte rovdyratferd ved å svømme i en høyere hastighet. Forskerne analyserte så dataene og fant sammenhenger mellom graden av biomimetikk i roboten og stressnivået hos de levende myggfiskene. Noen av de fryktrelaterte atferdene som myggfiskene viste, inkluderte å stoppe på stedet, en økt mistro til ukjente og uutforskede områder, og uregelmessige svømme mønster. 

Et annet område som forskerne fokuserte på var de fysiologiske parameterne for stressrespons. De målte fiskene hver uke for å spore eventuelle endringer i vekt eller lengde. Når en fisk minker i vekt, kan det være en respons til rovdyr, og det forårsaker lavere energireservene. Disse fiskene kan ikke overleve like lenge og har ikke samme mengde energi til å dedikere til formering. 

Når den robotiske abboren gjengte aggressiv atferd ved å svømme i angrepsmønster, ble de høyeste nivåene av atferdsmessig og fysiologisk stressrespons målt blant myggfiskene. 

“Ytterligere studier er nødvendige for å bestemme om disse effektene oversettes til ville bestander, men dette er en konkrete demonstrasjon av potensialet for robotikk til å løse myggfiskproblemet,” sa Giovanni Polverino, Forrest Fellow i avdelingen for biologiske vitenskaper ved University of Western Australia og hovedforfatter av artikkelen. “Vi har mye mer arbeid i gang mellom våre skoler for å etablere nye, effektive verktøy til å bekjempe spredningen av invasive arter.”

Dynamical Systems Laboratory, ledet av Porfiri, bruker ofte biomimetiske roboter med levende fisk for å studere kollektiv dyreatferd. Disse atferdene inkluderer paringspreferanser og lederskap. En annen fordel med denne teknologien er at den reduserer behovet for å bruke levende dyr i eksperimenter. 

Disse utviklingene er enda et eksempel på at robotikk gjør sin vei inn i alle aspekter av samfunnet og miljøet. Det er ikke vanskelig å tenke seg frem til et punkt hvor vi har robotfisk, dedikert til bestemte oppgaver og styrt av kunstig intelligens, som lever i vårt miljø sammen med levende arter.