Страшні риб вчені подружили їх з новими роботами

Американські інженери створили роботизовану 3D-друковану копію акваріумної рибки для вивчення взаємодії між рибами-сородичами. На відміну від усіх попередніх керованих реплік тварин, нова роборибка вміє адаптувати свої рухи під живий об'єкт дослідження, тим самим збільшуючи валідність дослідження. Стаття опублікована в журналі.

В останні роки вчені-біологи все частіше використовують роботизовані копії своїх піддослідних для вивчення їхньої поведінки: наприклад, роботизовані репліки допомогли вивчити еволюцію мурашок-листорезів. Головний плюс досліджень поведінки тварин з використанням керованих реплік - це можливість контролювати зовнішній стимул. Тим не менш, більшість таких експериментів проводиться з тваринами-роботами з відкритим управлінням (open-loop control): тобто дії репліки або запрограмовані спочатку, або «налаштовуються» експериментатором.

Зрозуміло, у такого методу є свої очевидні обмеження: роботизована репліка з відкритим управлінням не дає прямої відповіді на дії живого об'єкта експерименту, через що його результати можуть бути упереджені. Альтернативою такому методу може бути замкнене управління (closed-loop control) репліками: тобто таке управління, при якому дії роботів «налаштовуються» виходячи з дій живих об'єктів дослідження.

Команда дослідників з Політехнічного інституту Нью-Йоркського університету під керівництвом Мауріціо Порфірі (Maurizio Porfiri) займається розробкою роботизованих реплік для вивчення поведінки риб вже досить давно. У 2015 році вчені провели перший експеримент з використанням керованої репліки хижого глазчастого астронотуса (), а минулого року - вивчили взаємодію з ними рибок даніо-реріо () за допомогою вимірювання ентропії перенесення (англ. transfer entropy). Тепер вчені зосередилися на використанні в експериментах роботизованих «сородичів» даніо-реріо, а саме - на створенні системи замкнутого управління їх реплік.

Дослідники використовували репліку даніо-реріо, надруковану на 3D-принтері і керовану за допомогою роботизованої руки (сама рибка-репліка була закріплена на нитці). Рухи живих риб були записані за допомогою камер і спроектовані в тривимірний простір. Отримані координати потім використовували для управління руху репліками.

Вчені розглядали взаємодію живих риб з репліками, які переміщалися по п'яти різних траєкторіях: траєкторії з відкритим управлінням по всіх трьох осях і з замкнутим управлінням окремо по осях X, Y, Z, а також по всіх трьох разом. В якості контрольної умови вчені спостерігали за взаємодією двох живих даніо-реріо.

Аналіз поведінки риб під час взаємодії з репліками показав, що живі даніо-реріо воліють проводити час на дні акваріума в компанії роботизованих реплік із замкнутим управлінням - причому незалежно від того, з якої з осей воно було налаштоване. Також даніо-реріо частіше збивалися в зграї з репліками із замкнутим управлінням по осі Y. Рух репліки по цій осі відносно живої риби також позначився на показнику інформаційної ентропії (ентропії перенесення): риба-робот і жива даніо-реріо більше взаємодіяли один з одним, коли репліка управлялася замкнуто.

Дослідники, таким чином, показали, що використання управління замкнутого типу для регуляції руху роботизованих реплік може підвищити їх біомімікрію і, відповідно, збільшити валідність, максимально наблизивши лабораторні дослідження до досліджень.

При створенні роботів інженери часто надихаються біологічними механізмами і навіть поєднують деякі з них в одному пристрої. Наприклад, роботаракана навчили перевертатися за допомогою «хвоста», якого у справжніх тарганів немає.