Các nhà nghiên cứu phát triển lý thuyết mới về cảm giác của động vật có thể được sử dụng trong lĩnh vực robot

Tất cả động vật, từ côn trùng đến con người, đều dựa vào cảm giác của mình như những công cụ quan trọng nhất để sinh tồn. Các cơ quan cảm giác như mắt, tai và mũi được sử dụng khi tìm kiếm thức ăn hoặc phát hiện mối đe dọa. Tuy nhiên, vị trí và hướng của các cơ quan cảm giác không phải là trực quan, và các lý thuyết hiện tại không thể dự đoán vị trí và hướng của chúng.

Điều này đang thay đổi với những phát triển mới từ Đại học Northwestern. Một nhóm các nhà nghiên cứu đã đưa ra một lý thuyết mới có thể dự đoán chuyển động của các cơ quan cảm giác của động vật, đặc biệt khi động vật đang tìm kiếm thứ gì đó quan trọng như thức ăn.

Nghiên cứu này được công bố vào ngày 22 tháng 9 trên tạp chí eLife.

Cá cược tỷ lệ năng lượng hạn chế

Lý thuyết mới được phát triển, được gọi là cá cược tỷ lệ năng lượng hạn chế, đã được áp dụng cho bốn loài động vật khác nhau, và nó liên quan đến ba giác quan khác nhau, bao gồm thị giác và khứu giác. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh cách lý thuyết có thể dự đoán hành vi cảm giác quan sát được của mỗi động vật.

Lý thuyết mới này có thể có những ý nghĩa trong lĩnh vực robot, có thể cải thiện hiệu suất của robot khi thu thập thông tin. Nó cũng có thể tạo ra sự khác biệt trong việc phát triển các phương tiện tự động, đặc biệt là cải thiện phản ứng của chúng đối với sự không chắc chắn.

Malcolm A. Maclver đã dẫn đầu nghiên cứu đầy hứa hẹn này. Ông cũng là giáo sư kỹ thuật sinh học và cơ khí tại Trường Kỹ thuật McCormick của Northwestern, cũng như giáo sư sinh học thần kinh tại Trường Khoa học và Nghệ thuật Weinberg.

“Động vật kiếm sống thông qua chuyển động,” Maclver nói. “Để tìm thức ăn và bạn tình, và để xác định mối đe dọa, chúng cần di chuyển. Lý thuyết của chúng tôi cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách động vật đặt cược vào việc tiêu thụ năng lượng để có được thông tin hữu ích mà chúng cần.”

Lý thuyết mới này cung cấp thông tin về các chuyển động khác nhau của các cơ quan cảm giác, và thuật toán được tạo ra đã tạo ra các chuyển động của các cơ quan cảm giác được mô phỏng. Những chuyển động này đã được chứng minh là phù hợp với các chuyển động của các cơ quan cảm giác trong đời thực từ cá, động vật có vú và côn trùng.

Chen Chen là sinh viên tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Maclver và là tác giả đầu tiên, trong khi Todd D. Murphey, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại McCormick, là đồng tác giả.

Năng lượng cá cược

Chuyển động tốn rất nhiều năng lượng đối với động vật, và chúng tiêu thụ năng lượng đó khi đặt cược rằng các vị trí chúng đang di chuyển đến sẽ mang lại thông tin. Số lượng năng lượng có nguồn gốc từ thức ăn mà chúng sẵn sàng chi tiêu là tỷ lệ với giá trị dự kiến của những vị trí đó, theo các nhà nghiên cứu.

“Trong khi hầu hết các lý thuyết dự đoán cách một động vật sẽ hành xử khi nó đã biết rõ vị trí của thứ gì đó, lý thuyết của chúng tôi là một dự đoán cho khi động vật biết rất ít – một tình huống trong cuộc sống và quan trọng đối với sự sinh tồn,” Murphey nói.

Nghiên cứu tập trung vào loài cá điện Gymnotid từ Nam Mỹ, và các thí nghiệm đã được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Maclver. Tuy nhiên, không phải tất cả dữ liệu đều mới, vì nhóm đã sử dụng các tập dữ liệu đã được công bố trước đó về loài chuột mù Đông Mỹ, loài gián Mỹ và loài bướm đêm.

Ba giác quan được tập trung vào bao gồm điện giác với loài cá điện, thị giác với loài bướm đêm và khứu giác với loài chuột mù và gián.

Lý thuyết mới này dẫn đến việc tiết kiệm năng lượng và thời gian khi di chuyển để thu thập thông tin. Đồng thời, nó cũng cung cấp đủ thông tin để hướng dẫn theo dõi và các hành vi khám phá khác thường thấy ở động vật.

“Khi bạn nhìn vào đôi tai của một con mèo, bạn thường sẽ thấy chúng xoay để lấy mẫu các vị trí khác nhau trong không gian,” Maclver nói. “Đây là một ví dụ về cách động vật luôn luôn định vị các cơ quan cảm giác của mình để giúp chúng hấp thụ thông tin từ môi trường. Hóa ra có rất nhiều thứ đang xảy ra dưới bề mặt trong chuyển động của các cơ quan cảm giác như tai, mắt và mũi.”