27 سبتمبر 2020 الساعة 06:20 ص

باحثون يطورون نظرية جديدة عن استشعارات الحيوانات كيف يمكن استخدامها في الروبوتات

...
24 سبتمبر 2020

تعتمد جميع الحيوانات ، من الحشرات إلى البشر ، على حواسها كأحد أهم أدوات البقاء على قيد الحياة. تُستخدم الأعضاء الحسية مثل العينين والأذنين والأنف أثناء البحث عن الطعام أو اكتشاف التهديدات. ومع ذلك ، فإن الموقع والتوجيه الفعلي لأعضاء الحواس ليسا بديهيًا ، والنظريات المنتشرة حاليًا ليست قادرة على عمل تنبؤات حول الموضع والتوجيه. 

هذا يتغير الآن مع التطورات الجديدة القادمة من جامعة نورث وسترن. توصل فريق من الباحثين إلى نظرية جديدة قادرة في الواقع على التنبؤ بحركة الأعضاء الحسية للحيوان ، وتحديدًا عندما يبحث هذا الحيوان عن شيء مهم مثل الطعام. 

الرهان النسبي المقيدة للطاقة

تم تطبيق النظرية المطورة حديثًا ، والتي يطلق عليها الرهان النسبي المقيدة بالطاقة ، على أربعة أنواع مختلفة من الحيوانات ، وتضمنت ثلاث حواس مختلفة ، بما في ذلك الرؤية والرائحة. أوضح الفريق كيف يمكن للنظرية أن تتنبأ بسلوك الاستشعار المرصود لكل حيوان.

قد يكون لهذه النظرية الجديدة آثار في مجال الروبوتات ، وربما تحسن أداء الروبوت عندما يتعلق الأمر بجمع المعلومات. يمكن أن يحدث فرقًا أيضًا في تطوير المركبات المستقلة ، وتحديداً تحسين استجابتها لعدم اليقين. 

قاد مالكولم إيه ماكلفر البحث الواعد. وهو أيضًا أستاذ الهندسة الطبية الحيوية والميكانيكية في كلية ماكورميك للهندسة بجامعة نورث وسترن ، بالإضافة إلى أستاذ علم الأعصاب في كلية وينبرغ للفنون والعلوم. 

قال ماكلفر: "الحيوانات تكسب رزقها من خلال الحركة". للعثور على الطعام والأصحاب وتحديد التهديدات ، يحتاجون إلى التحرك. توفر نظريتنا نظرة ثاقبة حول كيفية قيام الحيوانات بالمقامرة على مقدار الطاقة التي يجب إنفاقها للحصول على المعلومات المفيدة التي يحتاجونها ".

تسلط النظرية الجديدة الضوء على الحركات المختلفة للأعضاء الحسية ، وتولد الخوارزمية الناتجة حركات محاكاة الأعضاء الحسية. تتفق هذه الحركات المتولدة مع حركات الأعضاء الحسية الواقعية للأسماك والثدييات والحشرات. 

تشين تشين هو طالب دكتوراه في مختبر ماكلفر والمؤلف الأول ، بينما تود دي مورفي ، أستاذ الهندسة الميكانيكية في ماكورميك ، مؤلف مشارك. 

طاقة القمار

تكلف الحركة الكثير من الطاقة للحيوانات ، وتنفق تلك الطاقة أثناء المقامرة بأن المواقع التي ينتقلون إليها ستكون مفيدة. ووفقًا للباحثين ، فإن كمية الطاقة المشتقة من الغذاء التي يرغبون في إنفاقها تتناسب مع القيمة المتوقعة لتلك المواقع.

يقول مورفي: "في حين أن معظم النظريات تتنبأ بكيفية تصرف الحيوان عندما يعرف إلى حد كبير مكان وجود شيء ما ، فإن نظرياتنا هي توقع عندما لا يعرف الحيوان سوى القليل جدًا - وهو وضع في الحياة وحرج للبقاء على قيد الحياة" 

ركز البحث على الأسماك الكهربائية من أمريكا الجنوبية ، وأجريت التجارب في مختبر ماكلفر. ومع ذلك ، لم تكن كل البيانات الجديدة ، حيث استخدم الفريق مجموعات البيانات السابقة المنشورة حول الخلد الأمريكي الشرقي الأعمى والصرصور الأمريكي وعثة الصقر الطنان. 

الحواس الثلاثة التي تم التركيز عليها تشمل التحسس الكهربائي مع السمكة الكهربائية ، والرؤية مع العثة والرائحة مع الخلد والصراصير.

تؤدي النظرية المطورة حديثًا إلى الحفاظ على المزيد من الطاقة والوقت عند التنقل لجمع المعلومات. في الوقت نفسه ، هناك معلومات كافية لتوجيه التتبع والسلوكيات الاستكشافية الأخرى الشائعة بين الحيوانات. 

قال ماكلفر: "عندما تنظر إلى آذان قطة ، غالبًا ما تراها تدور لتختبر مواقع مختلفة من الفضاء". "هذا مثال على كيفية قيام الحيوانات بوضع أعضائها الحسية باستمرار لمساعدتها على امتصاص المعلومات من البيئة. اتضح أن هناك الكثير مما يحدث تحت السطح في حركة أعضاء الإحساس مثل الأذنين والعينين والأنف ".