นักวิจัยพัฒนาทฤษฎีใหม่เกี่ยวกับการรับรู้สิ่งแวดล้อมของสัตว์ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในด้านหุ่นยนต์ได้

สัตว์ทุกชนิด ตั้งแต่แมลงจนถึงมนุษย์ ล้วนพึ่งพาอุปกรณ์รับรู้สิ่งแวดล้อมเป็นเครื่องมือสำคัญในการอยู่รอด อวัยวะรับรู้ เช่น ตา หู และจมูก ถูกใช้ขณะค้นหาอาหารหรือตรวจจับภัยคุกคาม อย่างไรก็ตาม ตำแหน่งและทิศทางที่แท้จริงของอวัยวะรับรู้ไม่ใช่เรื่องที่เข้าใจได้ง่าย และทฤษฎีที่ใช้อยู่ในปัจจุบันไม่สามารถทำนายตำแหน่งและทิศทางได้

สิ่งนี้กำลังเปลี่ยนแปลงไปด้วยการพัฒนใหม่จากมหาวิทยาลัย Northwestern University ทีมนักวิจัยได้พัฒนาทฤษฎีใหม่ที่สามารถทำนายการเคลื่อนไหวของอวัยวะรับรู้ของสัตว์ได้ โดยเฉพาะเมื่อสัตว์กำลังค้นหาสิ่งสำคัญ เช่น อาหาร

การวิจัยได้รับการตีพิมพ์เมื่อวันที่ 22 กันยายน ในวารสาร eLife

การเดิมพันสัดส่วนจำกัดด้วยพลังงาน

ทฤษฎีที่พัฒนาขึ้นใหม่ซึ่งเรียกว่าการเดิมพันสัดส่วนจำกัดด้วยพลังงาน ถูกนำไปใช้กับสัตว์ 4 ชนิด และเกี่ยวข้องกับการรับรู้ 3 รูปแบบ รวมถึงการมองเห็นและการรู้กลิ่น ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่าทฤษฎีนี้สามารถทำนายพฤติกรรมการรับรู้ที่สังเกตได้ของสัตว์แต่ละชนิด

ทฤษฎีใหม่นี้อาจมีผลกระทบในด้านหุ่นยนต์ โดยอาจปรับปรุงประสิทธิภาพของหุ่นยนต์ในการรวบรวมข้อมูล นอกจากนี้ยังอาจมีผลกระทบต่อการพัฒนายานพาหนะอัตโนมัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการปรับปรุงการตอบสนองต่อความไม่แน่นอน

Malcolm A. Maclver นำการวิจัยที่มีแนวโน้มนี้ เขาเป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์และเครื่องกลในโรงเรียนวิศวกรรม McCormick ของ Northwestern และเป็นศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาศาสตร์ในวิทยาลัยศิลปศาสตร์ Weinberg

“สัตว์สร้างชีวิตผ่านการเคลื่อนไหว” Maclver กล่าว “เพื่อค้นหาอาหาร คู่และระบุภัยคุกคาม พวกมันต้องเคลื่อนไหว ทฤษฎีของเรามอบความเข้าใจเกี่ยวกับว่าสัตว์เดิมพันพลังงานเท่าใดเพื่อให้ได้รับข้อมูลที่มีประโยชน์ที่ต้องการ”

ทฤษฎีใหม่นี้ให้ความเข้าใจเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันของอวัยวะรับรู้ และอัลกอริทึมที่สร้างขึ้นสามารถสร้างการเคลื่อนไหวของอวัยวะรับรู้ที่เหมือนจริงได้ การเคลื่อนไหวที่สร้างขึ้นนี้สอดคล้องกับการเคลื่อนไหวของอวัยวะรับรู้ในชีวิตจริงของปลา สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และแมลง

Chen Chen เป็นนักศึกษาระดับ博士ในห้องปฏิบัติการของ Maclver และเป็นผู้เขียนหลัก ในขณะที่ Todd D. Murphey ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลใน McCormick เป็นผู้ร่วมเขียน

การเดิมพันพลังงาน

การเคลื่อนไหวต้องใช้พลังงานมากสำหรับสัตว์ และพวกมันใช้พลังงานนั้นขณะเดิมพันว่าตำแหน่งที่พวกมันกำลังเคลื่อนไหวไปนั้นจะมีข้อมูลที่มีประโยชน์ หรือไม่ จำนวนพลังงานที่มาจากอาหารที่พวกมันเต็มใจที่จะใช้จ่ายนั้นเป็นสัดส่วนกับค่าที่คาดหวังของตำแหน่งเหล่านั้น ตามที่นักวิจัยระบุ

“ในขณะที่ทฤษฎีส่วนใหญ่ทำนายว่าสัตว์จะแสดงพฤติกรรมอย่างไรเมื่อมันรู้อยู่แล้วว่าสิ่งนั้นอยู่ที่ไหน ทฤษฎีของเราคือการทำนายเมื่อสัตว์ไม่รู้อะไรเลย — สถานการณ์ที่เกิดขึ้นในชีวิตและสำคัญต่อการอยู่รอด” Murphey กล่าว

การวิจัยมุ่งเน้นไปที่ปลาไฟฟ้าจากอเมริกาใต้ และการทดลองได้รับการดำเนินการในห้องปฏิบัติการของ Maclver ไม่ใช่ข้อมูลใหม่ทั้งหมด เนื่องจากทีมงานได้ใช้ข้อมูลที่ตีพิมพ์ไปก่อนหน้านี้เกี่ยวกับกบอเมริกัน ตะขาบอเมริกัน และหุ้มปีกหุ่น

การรับรู้ 3 รูปแบบที่มุ่งเน้น ได้แก่ การรับรู้ทางไฟฟ้าด้วยปลาไฟฟ้า การมองเห็นด้วยหุ้มปีก และการรู้กลิ่นด้วยกบและตะขาบ

ทฤษฎีที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้นำไปสู่การประหยัดพลังงานและเวลามากขึ้นเมื่อเคลื่อนไหวเพื่อรวบรวมข้อมูล ในขณะเดียวกันก็มีข้อมูลเพียงพอในการชี้นำการตาม dõiและพฤติกรรมที่มักพบในสัตว์

“เมื่อคุณมองดูหูของแมว คุณมักจะเห็นมันหมุนเพื่อเก็บตัวอย่างตำแหน่งต่างๆ ของพื้นที่” Maclver กล่าว “สิ่งนี้เป็นตัวอย่างของว่าสัตว์กำลังจัดตำแหน่งอวัยวะรับรู้ของมันอย่างไรเพื่อช่วยให้มันรับข้อมูลจากสิ่งแวดล้อม มีหลายสิ่งที่เกิดขึ้นใต้พื้นผิวในการเคลื่อนไหวของอวัยวะรับรู้ เช่น หู ตา และจมูก”