Рыбы регулируют движения для оптимального восприятия окружающего мира
Исследователи из Университета Джонса Хопкинса обнаружили, что постоянные кажущиеся случайными движения рыб на самом деле точно настроены, чтобы в любой момент обеспечивать их наилучшей сенсорной обратной связью для навигации.
Результаты, опубликованные в журнале Current Biology, углубляют понимание активного сенсорного поведения, присущего всем животным, включая человека (например, вибрация усами, прикосновения, обнюхивание). Они также показывают, как роботы с улучшенными датчиками могли бы эффективнее взаимодействовать со средой.
«В биологии есть поговорка: когда мир неподвижен, ты перестаешь его ощущать. Нужно активно двигаться, чтобы воспринимать мир. Но мы обнаружили нечто ранее неизвестное: животные постоянно регулируют эти движения, чтобы оптимизировать сенсорный ввод», — говорит старший автор Ноа Коуэн, инженер-механик и специалист по робототехнике.
Чтобы изучить этот вопрос, команда исследовала слабоэлектрических рыб, которые генерируют вокруг тела слабое электрическое поле для коммуникации и навигации. Учёные создали для рыб дополненную реальность, чтобы наблюдать, как их движения меняются при изменении обратной связи от среды.
В эксперименте рыба плавала в трубке, постоянно двигаясь вперед-назад, чтобы поддерживать стабильный уровень сенсорной информации об окружении. Исследователи:
- Синхронизировали движение трубки с движением рыбы, усложнив получение прежнего объема информации.
- Направили движение трубки против движения рыбы, облегчив задачу.
В каждом случае рыба немедленно увеличивала или уменьшала амплитуду плавания, чтобы получать одинаковое количество информации. Они двигались сильнее, когда обратная связь ослабевала, и слабее — когда её можно было получить с меньшими усилиями. Эффект был выражен сильнее в темноте, когда рыбы больше полагались на электрорецепцию.
«Их действия по восприятию мира находятся под постоянным регулированием. Мы считаем, что это верно и для людей», — отметил соавтор Эрик Форчун из Технологического института Нью-Джерси.
Поскольку большинство авторов — инженеры, они надеются использовать это биологическое понимание для создания роботов с более «умными» датчиками. Сейчас сенсоры редко являются ключевой частью дизайна роботов, но это исследование указывает на их потенциальную важность.
«Инженеры обычно не проектируют системы для работы таким образом. Знание о том, как работают эти微小ые движения, может предложить новые стратегии проектирования для умных устройств», — говорит ведущий автор исследования Дебоджьоти Бисвас.