Pesquisadores Desenvolvem Nova Teoria sobre a Percepção Animal que Pode Ser Usada em Robótica

Todos os animais, desde insetos até humanos, dependem de seus sentidos como ferramentas mais importantes para a sobrevivência. Órgãos sensoriais como olhos, ouvidos e narizes são usados enquanto procuram por comida ou detectam ameaças. No entanto, a posição e orientação real dos órgãos sensoriais não são intuitivas, e as teorias atualmente implantadas não são capazes de fazer previsões sobre a posição e orientação.

Isso está mudando agora com novos desenvolvimentos saindo da Northwestern University. Uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma nova teoria que é capaz de prever o movimento dos órgãos sensoriais de um animal, especificamente quando esse animal está procurando por algo importante como comida.

A pesquisa foi publicada em 22 de setembro na revista eLife.

Apostas Proporcionais Constrained por Energia

A teoria recém-desenvolvida, denominada apostas proporcionais constrained por energia, foi aplicada a quatro diferentes espécies de animais e envolveu três diferentes sentidos, incluindo visão e olfato. A equipe demonstrou como a teoria poderia prever o comportamento de percepção observado de cada animal.

Essa nova teoria pode ter implicações no campo da robótica, possivelmente melhorando o desempenho dos robôs ao coletar informações. Ela também pode fazer uma diferença no desenvolvimento de veículos autônomos, melhorando sua resposta à incerteza.

Malcolm A. Maclver liderou a promissora pesquisa. Ele também é professor de engenharia biomédica e mecânica na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern, bem como professor de neurobiologia na Faculdade de Artes e Ciências Weinberg.

“Os animais ganham a vida através do movimento”, disse Maclver. “Para encontrar comida e parceiros e identificar ameaças, eles precisam se mover. Nossa teoria fornece insights sobre como os animais apostam em quanto energia gastar para obter as informações úteis de que precisam.”

A nova teoria lança luz sobre os diferentes movimentos dos órgãos sensoriais, e o algoritmo gerado simulou movimentos de órgãos sensoriais. Esses movimentos gerados concordaram com os movimentos reais de órgãos sensoriais de peixes, mamíferos e insetos.

Chen Chen é um estudante de doutorado no laboratório de Maclver e o primeiro autor, enquanto Todd D. Murphey, professor de engenharia mecânica na McCormick, é um coautor.

Energia de Apostas

O movimento custa muita energia para os animais, e eles gastam essa energia enquanto apostam que as localizações para as quais estão se movendo serão informativas. A quantidade de energia derivada da comida que eles estão dispostos a gastar é proporcional ao valor esperado dessas localizações, de acordo com os pesquisadores.

“Enquanto a maioria das teorias prevê como um animal se comportará quando já sabe onde algo está, a nossa é uma previsão para quando o animal sabe muito pouco – uma situação na vida e crítica para a sobrevivência”, diz Murphey.

A pesquisa se concentrou no peixe elétrico gymnotid da América do Sul, e os experimentos foram realizados no laboratório de Maclver. No entanto, não era todos os novos dados, pois a equipe utilizou conjuntos de dados publicados anteriormente sobre a toupeira cega americana, o barata americana e a mariposa hawkmoth.

Os três sentidos que foram focados incluem a electrossensação com o peixe elétrico, a visão com a mariposa e o olfato com a toupeira e a barata.

A teoria recém-desenvolvida leva a mais energia e tempo sendo preservados ao se mover para coletar informações. Ao mesmo tempo, há informações suficientes para guiar comportamentos de rastreamento e outros comportamentos exploratórios comuns entre os animais.

“Quando você olha para as orelhas de um gato, você frequentemente as vê girando para amostrar diferentes localizações do espaço”, disse Maclver. “Isso é um exemplo de como os animais estão constantemente posicionando seus órgãos sensoriais para ajudá-los a absorver informações do ambiente. Acaba que há muito acontecendo abaixo da superfície no movimento de órgãos sensoriais como orelhas, olhos e narizes.”