Известно, что борьба с инвазивными видами является сложной задачей, особенно в озерах и реках, где местные рыбы и другие дикие животные имеют ограниченные возможности для побега. В своей последней попытке использовать биомиметических роботов для понимания и изменения поведения животных в своей лаборатории профессор инженерной школы Тандона Нью-Йоркского университета Маурицио Порфири возглавил междисциплинарную группу исследователей из Тандона Нью-Йоркского университета и Университета Западной Австралии, чтобы продемонстрировать, как роботы-рыбы могут быть ценным инструментом в борьба с одним из самых проблематичных инвазивных видов в мире, рыбой-москитом.
Найденные в пресноводных озерах и реках по всему миру, быстрорастущие популяции рыб-комаров уничтожили местную популяцию рыб и амфибий, а попытки контролировать вид с помощью токсикантов или ловушек часто терпят неудачу или наносят вред местной дикой природе.
Порфири и группа его сотрудников опубликовали результаты первых экспериментов по оценке способности рыб-роботов, вдохновленных биологией, вызывать у рыб-комаров изменения, связанные со страхом. Их результаты показывают, что даже кратковременное воздействие роботизированной копии основного хищника рыбы-москита - большеротого окуня - может спровоцировать значимые реакции на стресс у рыбы-москита, вызывая поведение избегания и физиологические изменения, связанные с потерей запасов энергии, что может привести к снижению скорости воспроизводства..
Доклад «Поведенческие и жизненные реакции рыб-москитов на биологически вдохновленных и интерактивных роботов-хищников» опубликован в текущем выпуске Журнала интерфейса Королевского общества.
«Насколько нам известно, это первое исследование с использованием роботов, чтобы вызвать реакцию страха у этого инвазивного вида», - сказал Порфири. «Результаты показывают, что роботизированная рыба, которая точно повторяет движения и внешний вид большеротого окуня, оказывает сильное и продолжительное воздействие на рыбу-москита в лабораторных условиях».
Команда подвергала группы рыб-москитов воздействию роботизированного большеротого окуня в течение одного 15-минутного сеанса в неделю в течение шести недель подряд. Поведение робота варьировалось между испытаниями, охватывая несколько степеней биомимикрии. Примечательно, что в некоторых испытаниях робот был запрограммирован на включение обратной связи в реальном времени, основанную на взаимодействии с живой рыбой-москитом, и на демонстрацию «атак», типичных для хищного поведения - быстрое увеличение скорости плавания. Взаимодействия между живой рыбой и репликой отслеживались в режиме реального времени и анализировались, чтобы выявить корреляции между степенью биомимикрии у робота и уровнем реакции на стресс, проявляемой живой рыбой. Поведение рыб-москитов, связанное со страхом, включает замирание (не плавание), нерешительность при исследовании открытых пространств, которые незнакомы и потенциально опасны, и неустойчивые модели плавания.
Исследователи также измерили физиологические параметры реакции на стресс, еженедельно вводя анестезию рыбам для измерения их веса и длины. Уменьшение веса указывает на более сильную реакцию на хищников и приводит к снижению запасов энергии. Рыба с меньшими запасами с меньшей вероятностью проживет долго и потратит энергию на воспроизводство в будущем - факторы, имеющие серьезные последствия для управления популяцией в дикой природе.
Рыбы, подвергшиеся воздействию роботов-хищников, которые наиболее точно имитировали агрессивные, ориентированные на атаку модели плавания реальных хищников, демонстрировали самые высокие уровни поведенческих и физиологических реакций на стресс.
«Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, распространяются ли эти эффекты на дикие популяции, но это конкретная демонстрация потенциала робототехники для решения проблемы рыбы-комара», - сказал Джованни Полверино, научный сотрудник Форреста в Департаменте биологии. наук в Университете Западной Австралии и ведущий автор статьи.«Нашим школам предстоит еще много работы по созданию новых эффективных инструментов для борьбы с распространением инвазивных видов».
Лаборатория динамических систем Порфири известна своей предыдущей работой с использованием биомиметических роботов вместе с живой рыбой, чтобы выявить механизмы многих видов коллективного поведения животных, включая лидерство, предпочтения в спаривании и даже влияние алкоголя на социальное поведение. В дополнение к разработке роботов, предлагающих полностью контролируемые стимулы для изучения поведения животных, биомиметические роботы сводят к минимуму использование экспериментальных животных.