研究人员开发新的动物感知理论，可应用于机器人领域

所有动物，从昆虫到人类，都依赖于它们的感官作为生存的最重要工具。感官器官如眼睛、耳朵和鼻子在寻找食物或检测威胁时使用。然而，感官器官的实际位置和方向并不是直观的，目前部署的理论无法预测位置和方向。

这现在正在改变，西北大学的新发展即将推出。研究人员团队已经提出了一种新理论，实际上能够预测动物感官器官的运动，特别是当动物正在寻找重要的东西，如食物时。

该研究于9月22日发表在eLife杂志上。

能量约束比例投注

新开发的理论，被称为能量约束比例投注，应用于四种不同物种的动物，涉及三个不同的感官，包括视觉和嗅觉。该团队展示了该理论如何预测每种动物观察到的感知行为。

该新理论可能对机器人领域产生影响，可能改善机器人收集信息的性能。它还可能对自主车辆的发展产生影响，特别是改善它们对不确定性的响应。

马尔科姆·A·麦克维尔（Malcolm A. Maclver）领导了这一有前途的研究。他也是西北大学麦考密克工程学院的生物医学和机械工程教授，以及威恩伯格文理学院的神经生物学教授。

“动物通过运动来谋生，”麦克维尔说。“为了找到食物、配偶和识别威胁，他们需要移动。我们的理论提供了对动物如何下注使用多少能量来获取有用的信息的见解。”

新理论阐明了感官器官的不同运动，生成的算法模拟了感官器官的运动。这些生成的运动与鱼、哺乳动物和昆虫的实际感官器官运动一致。

陈晨是麦克维尔实验室的博士生，也是第一作者，托德·D·墨菲（Todd D. Murphey）是机械工程教授，也是共同作者。

能量投注

运动对动物来说需要大量的能量，他们在移动到可能有信息的位置时会花费这种能量。他们愿意花费的食物能量量与这些位置的预期值成正比，研究人员说。

“虽然大多数理论预测动物在已经知道某物位置时的行为，但我们的理论预测了动物知道很少的情况——这是生活中的一种情况，至关重要的生存，”墨菲说。

该研究重点关注南美洲的电鱼，实验在麦克维尔的实验室中进行。然而，并非所有数据都是新的，因为该团队利用了以前发表的关于盲眼美国鼹鼠、美国蟑螂和蜂蛾的数据集。

关注的三个感官包括电鱼的电感、蛾的视觉和鼹鼠和蟑螂的嗅觉。

新开发的理论可以在移动以收集信息时节省更多的能量和时间，同时提供足够的信息来指导跟踪和其他常见的动物探索行为。

“当你看着一只猫的耳朵时，你经常会看到它们转动以采样不同的空间位置，”麦克维尔说。“这是动物如何不断定位它们的感官器官以帮助它们从环境中吸收信息的例子。事实证明，在耳朵、眼睛和鼻子等感官器官的运动下面发生了很多事情。”