Постоянное движение рыбы, которое кажется случайным, на самом деле точно используется для того, чтобы в любой момент обеспечить ее наилучшей сенсорной обратной связью, необходимой для навигации по миру, обнаружили исследователи из Университета Джона Хопкинса.
Находка, опубликованная сегодня в журнале Current Biology, расширяет наше понимание активного сенсорного поведения, совершаемого всеми животными, включая людей, таких как взмахи руками, прикосновение и обнюхивание. Это также демонстрирует, как роботы, оснащенные лучшими датчиками, могут более эффективно взаимодействовать с окружающей средой.
«В биологии есть поговорка, что когда мир неподвижен, вы перестаете его ощущать», - говорит старший автор Ной Коуэн, инженер-механик и робототехник из Университета Джона Хопкинса. «Вы должны активно двигаться, чтобы воспринимать окружающий мир. Но мы обнаружили то, чего раньше не знали, так это то, что животные постоянно регулируют эти движения, чтобы оптимизировать сенсорный ввод».
Для людей активное осязание включает в себя ощупывание в темноте выключателя света в ванной или раскачивание предмета вверх и вниз в наших руках, чтобы выяснить, сколько он весит. Мы делаем это почти бессознательно, и ученые мало что знают о том, как и почему мы корректируем свои движения в ответ на сенсорную обратную связь, которую получаем от них.
Чтобы ответить на этот вопрос, Коуэн и его коллеги изучили рыб, которые создают вокруг своего тела слабое электрическое поле, помогающее им общаться и ориентироваться. Команда создала дополненную реальность для рыб, чтобы они могли наблюдать, как движения рыб меняются по мере изменения обратной связи от окружающей среды.
Внутри аквариума рыба со слабым электричеством зависла в трубе, где она постоянно раскачивалась взад-вперед, чтобы поддерживать постоянный уровень сенсорной информации об окружающей среде. Сначала исследователи изменили окружающую среду, двигая трубку так, чтобы она синхронизировалась с движением рыбы, из-за чего рыбе было труднее извлекать тот же объем информации, который они получали. Затем исследователи заставили трубку двигаться в направлении, противоположном движению рыбы, что облегчило ей задачу. В каждом случае рыбы немедленно увеличивали или уменьшали скорость плавания, чтобы убедиться, что они получают одинаковое количество информации. Они плыли дальше, когда движение трубки давало им меньше сенсорной обратной связи, и они плыли меньше, когда могли получить больше обратной связи с меньшими усилиями. Результаты были еще более очевидными в темноте, когда рыбе приходилось еще больше полагаться на свое электрочувство.
«Их действия по восприятию своего мира находятся под постоянным контролем», - сказал Эрик Форчун из Технологического института Нью-Джерси, соавтор исследования. «Мы думаем, что это верно и для людей».
Поскольку Коуэн - робототехник, а большинство авторов в этой команде - инженеры, они надеются использовать биологические знания для создания роботов с более умными датчиками. Датчики сейчас редко являются ключевой частью конструкции роботов, но эти выводы заставили Коуэна понять, что они, возможно, должны быть такими.
«Удивительно, но инженеры обычно не разрабатывают системы, работающие таким образом», - говорит Дебоджиоти Бисвас, аспирант Университета Джона Хопкинса и ведущий автор исследования. «Узнав больше о том, как работают эти крошечные движения, мы можем предложить новые стратегии дизайна для наших интеллектуальных устройств, чтобы ощущать мир».
Видео: