Дослідники розробили нову теорію щодо сприйняття тварин, яку можна застосувати в робототехніці

Усі тварини, від комах до людей, залежать від своїх органів чуття як від найважливіших інструментів для виживання. Органи чуття, такі як очі, вуха та ніс, використовуються під час пошуку їжі або виявлення загроз. Однак фактичне положення та орієнтація органів чуття не є інтуїтивними, а поточні теорії не можуть робити передбачення щодо їхнього положення та орієнтації.

Це зараз змінюється завдяки новим розробкам у Північно-Західному університеті. Команда дослідників розробила нову теорію, яка能够 передбачити рух органів чуття тварин, особливо коли тварина шукає щось важливе, наприклад, їжу.

Дослідження було опубліковано 22 вересня в журналі eLife.

Енергетично-обмежене пропорційне ставлення

Нова теорія, яку назвали енергетично-обмежене пропорційне ставлення, була застосована до чотирьох різних видів тварин і включала три різні органи чуття, включаючи зір і нюх. Команда продемонструвала, як теорія能够 передбачити спостережуване поведінку органів чуття кожної тварини.

Ця нова теорія може мати наслідки у сфері робототехніки, можливо, покращуючи роботу роботів при зборі інформації. Вона також може зробити різницю у розвитку автономних транспортних засобів, особливо при реакції на невизначеність.

Малькольм А. Маклвер очолив перспективне дослідження. Він також є професором біомедичної та механічної інженерії у Північно-Західному університеті, а також професором нейробіології у Коледжі мистецтв та наук.

«Тварини заробляють на життя рухом», – сказав Маклвер. «Щоб знайти їжу та партнерів, а також ідентифікувати загрози, їм потрібно рухатися. Наша теорія надає уявлення про те, як тварини роблять ставки на те, скільки енергії витратити, щоб отримати корисну інформацію, яку їм потрібно».

Нова теорія проливає світло на різні рухи органів чуття, а отриманий алгоритм генерував симульовані рухи органів чуття. Ці рухи збігалися з реальними рухами органів чуття риб, ссавців та комах.

Чен Чен – аспірант у лабораторії Маклвера та перший автор, а Тодд Д. Мурфей, професор механічної інженерії у Північно-Західному університеті, – співавтор.

Гральна енергія

Рух тварин коштує багато енергії, і вони витрачають цю енергію, роблячи ставки на те, що місця, куди вони рухаються, будуть інформативними. Кількість енергії, отриманої від їжі, яку вони готові витратити, пропорційна очікуваній вартості цих місць, згідно з дослідниками.

«Хоча більшість теорій передбачає, як тварина поведе себе, коли вона вже знає, де щось знаходиться, наша теорія передбачає поведінку, коли тварина знає дуже мало – ситуація, важлива для виживання», – говорить Мурфей.

Дослідження зосередилися на гімнотідних електричних рибах з Південної Америки, а експерименти проводилися у лабораторії Маклвера. Однак це не було все новими даними, оскільки команда використала раніше опубліковані набори даних про сліпого східного американського крота, американського тарганя та колібрі.

Три органи чуття, на які зосередилися дослідження, включають електрочуття у електричних рибах, зір у метеликів та нюх у кротах та тарганях.

Нова теорія веде до збереження більшої кількості енергії та часу при русі для збору інформації. Одночасно існує достатньо інформації, щоб керувати поведінкою тварин під час пошuku та інших дослідницьких поведінок.

«Коли ви дивитесь на вуха кота, ви часто бачите, як вони рухаються, щоб зразкувати різні місця простору», – сказав Маклвер. «Це приклад того, як тварини постійно позиціонують свої органи чуття, щоб допомогти їм поглинати інформацію з навколишнього середовища. Виявляється, що під поверхнею руху органів чуття, таких як вуха, очі та ніс, відбувається багато чого».