Исследователи разработали новую теорию о восприятии животных, которую можно использовать в робототехнике

Все животные, от насекомых до человека, полагаются на свои чувства как на один из наиболее важных инструментов для выживания. Чувствительные органы, такие как глаза, уши и нос, используются при поиске пищи или обнаружении угроз. Однако фактическое положение и ориентация чувствительных органов не являются интуитивными, и в настоящее время используемые теории не могут делать прогнозы о положении и ориентации.

Теперь это меняется с новыми разработками из Северо-Западного университета. Команда исследователей разработала новую теорию, которая действительно может предсказать движение чувствительных органов животных, в частности, когда животное ищет что-то важное, например, пищу.

Исследование было опубликовано 22 сентября в журнале eLife.

Энергетически-ограниченная пропорциональная ставка

Недавно разработанная теория, называемая энергетически-ограниченной пропорциональной ставкой, была применена к четырем различным видам животных и включала три различных чувства, включая зрение и обоняние. Команда продемонстрировала, как теория может предсказать наблюдаемое поведение восприятия каждого животного.

Эта новая теория может иметь последствия в области робототехники, возможно, улучшая производительность роботов при сборе информации. Она также может сделать разницу в разработке автономных транспортных средств, в частности, улучшая их реакцию на неопределенность.

Малькольм А. Маклвер возглавил перспективное исследование. Он также является профессором биомедицинской и механической инженерии в школе инженерии Маккормика Северо-Западного университета, а также профессором нейробиологии в колледже искусств и наук Вейнберга.

«Животные зарабатывают на жизнь, двигаясь», – сказал Маклвер. «Чтобы найти пищу и партнеров, и чтобы выявить угрозы, им нужно двигаться. Наша теория дает представление о том, как животные делают ставки на то, сколько энергии тратить, чтобы получить полезную информацию, которую им нужно».

Новая теория проливает свет на различные движения чувствительных органов, и сгенерированный алгоритм создал симулированные движения чувствительных органов. Эти сгенерированные движения согласуются с реальными движениями чувствительных органов рыб, млекопитающих и насекомых.

Чен Чен – аспирант в лаборатории Маклвера и первый автор, а Тодд Д. Мурфи, профессор механической инженерии в Маккормике, – соавтор.

Играя в ставки на энергию

Движение стоит много энергии для животных, и они тратят эту энергию, делая ставки на то, что места, куда они движутся, будут информативными. Количество энергии, полученной из пищи, которую они готовы потратить, пропорционально ожидаемой ценности этих мест, согласно исследователям.

«Хотя большинство теорий предсказывают, как животное будет вести себя, когда оно уже знает, где что-то находится, наша теория предсказывает, когда животное знает очень мало – ситуация, которая имеет место в жизни и критически важна для выживания», – говорит Мурфи.

Исследование было сосредоточено на гимнотидной электрической рыбе из Южной Америки, и эксперименты были проведены в лаборатории Маклвера. Однако это не была вся новая информация, поскольку команда использовала ранее опубликованные наборы данных о слепом восточном американском кроте, американском таракане и колибри-моли.

Три чувства, на которые был сделан упор, включают электровосприятие с электрической рыбой, зрение с молью и обоняние с кротом и тараканом.

Недавно разработанная теория приводит к сохранению больше энергии и времени при движении для сбора информации. В то же время есть достаточно информации, чтобы направлять отслеживание и другие исследовательские поведения, распространенные среди животных.

«Когда вы смотрите на уши кошки, вы часто видите, как они поворачиваются, чтобы пробовать разные места пространства», – сказал Маклвер. «Это пример того, как животные постоянно позиционируют свои чувствительные органы, чтобы помочь им впитывать информацию из окружающей среды. Оказывается, что под поверхностью движения чувствительных органов, таких как уши, глаза и нос, происходит многое».