Cercetătorii dezvoltă o nouă teorie despre detectarea animalelor, care ar putea fi folosită în robotică

Toate animalele, de la insecte la oameni, se bazează pe simțurile lor ca unele dintre cele mai importante instrumente de supraviețuire. Organele senzoriale cum ar fi ochii, urechile și nasul sunt folosite în timpul căutării hranei sau în detectarea amenințărilor. Cu toate acestea, poziția și orientarea reală a organelor de simț nu sunt intuitive, iar teoriile desfășurate în prezent nu sunt capabile să facă predicții despre poziție și orientare. 

Acest lucru se schimbă acum odată cu noile dezvoltări care ies de la Universitatea Northwestern. O echipă de cercetători a venit cu o nouă teorie care este de fapt capabilă să prezică mișcarea organelor senzoriale ale unui animal, în special atunci când acel animal caută ceva important, cum ar fi hrana. 

Cercetarea a fost publicată pe 22 septembrie în jurnal eLife. 

Pariuri proporționale cu restricții energetice

Teoria nou dezvoltată, numită pariuri proporționale cu constrângeri de energie, a fost aplicată la patru specii diferite de animale și a implicat trei simțuri diferite, inclusiv vederea și mirosul. Echipa a demonstrat modul în care teoria ar putea prezice comportamentul de detectare observat al fiecărui animal.

Această nouă teorie ar putea avea implicații în domeniul roboticii, eventual îmbunătățind performanța robotului atunci când vine vorba de colectarea de informații. De asemenea, ar putea face o diferență în dezvoltarea vehiculelor autonome, îmbunătățind în special răspunsul acestora la incertitudine. 

Malcolm A. Maclver a condus cercetarea promițătoare. De asemenea, este profesor de inginerie biomedicală și mecanică la Școala de Inginerie McCormick din Northwestern, precum și profesor de neurobiologie la Colegiul de Arte și Științe Weinberg. 

„Animalele își câștigă existența prin mișcare”, a spus Maclver. „Pentru a găsi hrană și pereche și pentru a identifica amenințările, trebuie să se miște. Teoria noastră oferă o perspectivă asupra modului în care animalele pariază pe cât de multă energie trebuie să cheltuiască pentru a obține informațiile utile de care au nevoie.”

Noua teorie aruncă lumină asupra diferitelor mișcări ale organelor senzoriale, iar algoritmul rezultat a generat mișcări simulate ale organelor senzoriale. Aceste mișcări generate au fost de acord cu mișcările organelor senzoriale din viața reală de la pești, mamifere și insecte. 

Chen Chen este doctorand în laboratorul lui Maclver și primul autor, în timp ce Todd D. Murphey, profesor de inginerie mecanică la McCormick, este co-autor. 

Energia jocurilor de noroc

Mișcarea costă multă energie pentru animale și ei cheltuiesc acea energie în timp ce pariază că locațiile în care se mută vor fi informative. Potrivit cercetătorilor, cantitatea de energie derivată din alimente pe care sunt dispuși să o cheltuiască este proporțională cu valoarea așteptată a acelor locații.

„În timp ce majoritatea teoriilor prevăd cum se va comporta un animal atunci când știe deja unde este ceva, a noastră este o predicție pentru când animalul știe foarte puțin – o situație în viață și critică pentru supraviețuire”, spune Murphey. 

Cercetarea s-a concentrat pe peștele electric gimnotid din America de Sud, iar experimentele au fost efectuate în laboratorul lui Maclver. Cu toate acestea, nu au fost toate date noi, deoarece echipa a folosit seturi de date publicate anterioare despre alunița oarbă din estul american, gândacul american și moliul colibri. 

Cele trei simțuri asupra cărora s-au concentrat includ electrosensul cu peștele electric, vederea cu molia și mirosul cu alunița și gândacul.

Teoria nou dezvoltată duce la păstrarea mai multă energie și timp atunci când vă deplasați pentru a culege informații. În același timp, există suficiente informații pentru a ghida urmărirea și alte comportamente exploratorii comune la animale. 

„Când te uiți la urechile unei pisici, le vei vedea adesea rotindu-se pentru a proba diferite locații din spațiu”, a spus Maclver. „Acesta este un exemplu al modului în care animalele își poziționează în mod constant organele senzoriale pentru a le ajuta să absoarbă informații din mediu. Se pare că se întâmplă multe sub suprafață în mișcarea organelor de simț, cum ar fi urechile, ochii și nasul.”