Naukowcy opracowali nową teorię na temat postrzegania zwierząt, która może być wykorzystana w robotyce

Wszystkie zwierzęta, od owadów po ludzi, polegają na swoich zmysłach jako na jednych z najważniejszych narzędzi do przeżycia. Narządy zmysłowe, takie jak oczy, uszy i nos, są używane podczas poszukiwania pożywienia lub wykrywania zagrożeń. Jednakże, rzeczywista pozycja i orientacja tych narządów nie są intuicyjne, a obecnie stosowane teorie nie są w stanie przewidzieć ich pozycji i orientacji.

To się teraz zmienia dzięki nowym odkryciom z Uniwersytetu Northwestern. Zespół naukowców opracował nową teorię, która jest w stanie przewidzieć ruchy narządów zmysłowych zwierząt, szczególnie gdy zwierzę szuka czegoś ważnego, takiego jak pożywienie.

Badania zostały opublikowane 22 września w czasopiśmie eLife.

Energy-Constrained Proportional Betting

Opracowana teoria, nazwana energy-constrained proportional betting, została zastosowana do czterech różnych gatunków zwierząt i obejmowała trzy różne zmysły, w tym wzrok i węsz. Zespół wykazał, jak teoria może przewidzieć obserwowane zachowania zmysłowe każdego zwierzęcia.

Nowa teoria może mieć implikacje w dziedzinie robotyki, poprawiając wydajność robotów w zbieraniu informacji. Może również wpłynąć na rozwój pojazdów autonomicznych, poprawiając ich reakcję na niepewność.

Malcolm A. Maclver kierował obiecującymi badaniami. Jest również profesorem inżynierii biomedycznej i mechanicznej w Szkole Inżynierii McCormick na Uniwersytecie Northwestern, a także profesorem neurobiologii w College of Arts and Sciences Weinberg.

“Zwierzęta zarabiają na życie dzięki ruchowi”, powiedział Maclver. “Aby znaleźć pożywienie i partnerów, oraz zidentyfikować zagrożenia, muszą się poruszać. Nasza teoria dostarcza wglądu w to, jak zwierzęta obstawiają, ile energii wydać, aby uzyskać potrzebne informacje.”

Nowa teoria rzuca światło na ruchy narządów zmysłowych, a wygenerowany algorytm symulował ruchy narządów zmysłowych. Wygenerowane ruchy zgadzały się z rzeczywistymi ruchami narządów zmysłowych ryb, ssaków i owadów.

Chen Chen jest doktorantem w laboratorium Maclvera i pierwszym autorem, podczas gdy Todd D. Murphey, profesor inżynierii mechanicznej w McCormick, jest współautorem.

Gambling Energy

Ruchy kosztują zwierzętom wiele energii, a wydają ją, obstawiając, że miejsca, do których się poruszają, będą informacyjne. Ilość energii pochodzącej z pożywienia, którą są gotowe wydać, jest proporcjonalna do oczekiwanego pożytku z tych miejsc, według naukowców.

“Podczas gdy większość teorii przewiduje, jak zwierzę będzie się zachowywać, gdy już wie, gdzie coś jest, nasza teoria jest przewidywaniem dla sytuacji, gdy zwierzę wie bardzo niewiele – sytuacji w życiu i krytycznej dla przeżycia”, mówi Murphey.

Badania koncentrowały się na rybie elektrycznej z Ameryki Południowej, a eksperymenty zostały przeprowadzone w laboratorium Maclvera. Nie były to jednak wszystkie nowe dane, ponieważ zespół wykorzystał wcześniej opublikowane zestawy danych na temat ślepej amerykańskiej kretówki, amerykańskiej karaluchy i ćmy kolibra.

Trzy zmysły, które zostały skupione, to elektropercepcja u ryb elektrycznych, wzrok u ćmy i węsz u kretówki i karaluchy.

Nowo opracowana teoria prowadzi do zachowania więcej energii i czasu podczas poruszania się w celu zebrania informacji. Jednocześnie jest wystarczająco dużo informacji, aby kierować zachowaniami śledzącymi i innymi zachowaniami eksploracyjnymi, powszechnymi wśród zwierząt.

“Gdy spójrzysz na uszy kota, często zobaczysz, jak się poruszają, próbując różnych miejsc w przestrzeni”, powiedział Maclver. “To jest przykład tego, jak zwierzęta stale pozycjonują swoje narządy zmysłowe, aby pomóc im wchłonąć informacje ze środowiska. Okazuje się, że pod powierzchnią ruchu narządów zmysłowych, takich jak uszy, oczy i nos, dzieje się wiele.”