Robotfisk Skapade för att Kontrollera Invasiva Arter

NYU Tandon School of Engineering Professor Maurizio Porfiri och hans team av forskare från NYU Tandon och University of Western Australia har demonstrerat hur robotfisk kan användas för att bekämpa en av de mest problematiska invasiva arterna i världen, myggfisken. Kontrollen av invasiva arter är ett problem som länder över hela världen hanterar, och några av de största problemen uppstår i sjöar och floder. Det är i dessa miljöer där fisk och andra arter har barriärer som förhindrar dem från att fly från rovdjur. Dessa nya utvecklingar, från laboratoriet som hanterar biometrisk robotik och djurbeteende, kan ge lösningar på stora problem överallt. 

Myggfiskens population har skjutit i höjden i färskvatten sjöar och floder runt om i världen, och de orsakar allvarliga problem för de infödda fisk- och amfibiearterna. Den traditionella metoden för att kontrollera myggfisken är genom giftiga ämnen eller fällor, och det är ofta misslyckat eller skadligt för den lokala vilda faunan. 

Forskarteamet, lett av Porfiri, genomförde experiment för att se om det var möjligt för en biologiskt inspirerad robotfisk att orsaka förändringar i myggfiskens beteende relaterade till rädsla. Vad de kom fram till var att även en liten mängd exponering för en robotisk stor munbass, myggfiskens största rovdjur, orsakade stressreaktioner. De undvek sedan vissa beteenden och genomgick psykologiska förändringar orsakade av förlusten av energiresurser. Dessa förändringar var sedan den möjliga orsaken till en minskning av reproduktionshastigheten bland fiskarna. 

Artikeln publicerades i tidskriften Royal Society Interface. Den heter “Behavioral and Life-History Responses of Mosquitofish to Biologically Inspired and Interactive Robotic Predators.” 

“Så vitt vi vet är detta den första studien som använder robotar för att framkalla rädslereaktioner hos denna invasiva art”, sa Porfiri. “Resultaten visar att en robotfisk som nära replikerar simningsmönstren och visuella utseendet hos stor munbass har en kraftfull och varaktig inverkan på myggfisken i laboratoriemiljön.”

Experimenten involverade att utsätta grupper av myggfisk för en robotisk stor munbass under en period av 15 minuter. Detta skedde en gång i veckan under sex på varandra följande veckor. Varje session innefattade ett annat beteende som visades av den robotiska bassen. I vissa av försöken var den robotiska fisken programmerad så att den gav realtidsåterkoppling och den imiterade rovdjursbeteende genom att simma i en snabbare hastighet. Forskarna analyserade sedan data och fann samband mellan graden av biomimetik i roboten och stressnivåerna hos de levande myggfiskarna. Några av de rädslereaktioner som myggfisken visade inkluderade att stanna på plats, en ökad misstänksamhet för okända och outforskade utrymmen och oregelbundna simmönster. 

Ett annat område som forskarna fokuserade på var de fysiologiska parametrarna för stressreaktion. De mätte fiskarna varje vecka för att spåra eventuella förändringar i vikt eller längd. När en fisk minskar i vikt kan det vara en reaktion på rovdjur, och det orsakar lägre energiresurser. Dessa fiskar kan inte överleva lika länge och har inte samma mängd energi att ägna åt reproduktion. 

När den robotiska bassen imiterade det aggressiva beteendet att simma i attackmönster, mättes de högsta nivåerna av beteendemässiga och fysiologiska stressreaktioner bland myggfisken. 

“Ytterligare studier behövs för att avgöra om dessa effekter översätts till vilda populationer, men detta är ett konkret bevis för potentialen hos robotik för att lösa myggfiskproblemet”, sa Giovanni Polverino, Forrest Fellow i institutionen för biologiska vetenskaper vid University of Western Australia och huvudförfattare till artikeln. “Vi har mycket mer arbete på gång mellan våra skolor för att etablera nya, effektiva verktyg för att bekämpa spridningen av invasiva arter.”

Dynamical Systems Laboratory, som leds av Porfiri, använder ofta biometiska robotar med levande fisk för att studera kollektivt djurbeteende. Dessa beteenden inkluderar parningspreferenser och ledarskap. En annan fördel med denna teknik är att den minskar behovet av att använda levande djur för experiment. 

Dessa utvecklingar är ännu ett exempel på att robotik gör sitt intåg i alla aspekter av samhället och miljön. Det är inte svårt att föreställa sig en framtid där vi har robotfisk, dedikerade till vissa uppgifter och styrda av artificiell intelligens, som lever i vår miljö tillsammans med levande arter.