Forskere parrer robotteknologi og informationsteori for bedre at forstå rovdyr og bytteforhold

Med hjælp fra robotfisk, forskere ved New York University Tandon School of Engineering demonstrerer, hvordan informationsteori kan give indsigt i årsag og virkning-forholdet mellem rovdyr og bytte i dyreriget.

I et papir publiceret i American Institute of Physics ' Chaos:An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science , forskergruppen ledet af Maurizio Porfiri, professor i mekanik og rumfartsteknik ved NYU Tandon, validerede brugen af ​​informationsteori til at studere rovdyr-bytte-interaktioner. Ved brug af robotfisk, forskningen danner grundlag for kontrollerede eksperimenter med årsagssammenhæng inden for sådanne interaktioner.

"Inden for en sammenhæng mellem to enheder - rovdyr og bytte - der søger helt forskellige resultater, robotteknologi giver os et værktøj til at validere konceptet overførsel entropi til at opdage årsag og virkning sammenhænge og besvare visse biologiske spørgsmål, "Sagde Porfiri." Det spørgsmål, vi i sidste ende vil forstå, er, hvis vi sammensætter et rovdyr og dets bytte, hvordan påvirker de hinanden? Hvordan ændrer rovdyrets adfærd sig på grund af byttens tilstedeværelse, og hvordan ændrer rovdyrets tilstedeværelse byttens reaktion? "

Transferentropi undersøger overførsel af information mellem to enheder og er blevet bredt anvendt inden for områder som neurovidenskab og økonomi, men det dukker først op for nylig som et redskab til undersøgelse af dyrs adfærd. Forskningen beskrevet i papiret undersøger, hvordan en kombination af robotik og transferentropi kan tilbyde ny indsigt i analysen af ​​rovdyr-bytte-interaktioner og forbedre vores forståelse af frygt og angst.

Papiret, "Informationsteori og robotik mødes for at studere rovdyr-bytteinteraktioner, "blev skrevet af Porfiri, Gæsteforsker og hovedforfatter Daniele Neri, NYU Tandon Dynamical Systems Laboratory Manager og forsker Tommaso Ruberto, og Tandon-forsker Gabrielle Cord-Cruz.

I tidligere forsøg, Porfiri og andre forskere demonstrerede validiteten af ​​robotstimuli til forsøg med dyrs adfærd, viser, at zebrafisk udviste en tilsvarende reaktion på både levende og robotreplikater af andre zebrafisk og rovdyr.

Deres robotbaserede platform giver mulighed for at manipulere og præcist kontrollere interaktioner bedre end det er muligt, når man kun bruger levende dyr. I tilfælde af deres seneste forsøg, holdet udsatte levende bytte-zebrafisk-for både en levende rød tiger-oscar og en 3D-version af rovdyrfisken. Zebrafiskene svømmede frit inden for et arena-lignende setup omkring både det virkelige og robotiske rovdyr, som i begge tilfælde var begrænset til midten af ​​tanken. Robotten rejste på en dynamisk og tilpasselig bane, der var forudprogrammeret til at efterligne de levende fiskes typiske rovdyrsbevægelser for at tilskynde til respons inden for zebrafisken.

Forskerne sporede zebrafiskresponserne på både replikaen og det levende rovdyr. Ved at fremkalde en kontrolleret frygtrespons i zebrafisken fra robotstimuleringen, forskningen demonstrerede, hvordan overføringsentropi kan isolere det envejs årsag og virkning-forhold mellem en robotreplika og zebrafisken. På den anden side, eksperimentere med levende rovdyr, de fandt en tovejs vekselvirkning mellem zebrafisken og rovdyret, hvor hver især påvirkede den andens adfærd.

Yderligere udviklinger til deres innovative robotplatform omfattede konstruktion af det robotiske rovdyr til at reagere på zebrafiskens bevægelser i realtid til fremtidige forsøg. Dette vil give forskere mulighed for yderligere at manipulere interaktionen mellem det robotiske rovdyr og zebrafisken, så zebrafisken vil forårsage rovdyrets adfærd.

Porfiri og hans team sagde, at de håber, at fremtidige undersøgelser vil afsløre mere om, hvordan dyr kommunikerer med hinanden, samt give indsigt i de evolutionære aspekter af social adfærd og hvilke determinanter, der fremkalder frygt og angst-relaterede reaktioner blandt zebrafisk og endda andre dyr, herunder mennesker.