Confrontando le reazioni di nuoto del pesce zebra (la preda) all'oscar tigre rossa (il predatore, mostrato sopra) contro le reazioni del pesce zebra di fronte a un robot che sembrava e nuotava come la cosa reale, i ricercatori della NYU Tandon hanno concluso che l'accoppiamento delle tecniche di ricerca della robotica con la teoria dell'informazione farà progredire la comprensione delle interazioni predatore-preda. Credito:Università di New York
Con l'aiuto di pesci robotici, i ricercatori della Tandon School of Engineering della New York University stanno dimostrando come la teoria dell'informazione può offrire informazioni sulle relazioni causa-effetto tra predatore e preda nel regno animale.
In un articolo pubblicato sull'American Institute of Physics' Chaos:un giornale interdisciplinare di scienza non lineare , il gruppo di ricerca guidato da Maurizio Porfiri, un professore di ingegneria meccanica e aerospaziale alla NYU Tandon, convalidato l'uso della teoria dell'informazione per studiare le interazioni predatore-preda. Attraverso l'uso di pesci robotici, la ricerca fornisce una base per esperimenti controllati di causalità all'interno di tali interazioni.
"In un contesto di due entità, il predatore e la preda, alla ricerca di risultati completamente diversi, la robotica ci fornisce uno strumento per convalidare il concetto di entropia di trasferimento per scoprire relazioni di causa ed effetto e per rispondere a determinate domande biologiche, " Ha detto Porfiri. "La domanda che vogliamo capire in definitiva è, se mettiamo insieme un predatore e la sua preda, come si influenzano a vicenda? Come cambia il comportamento del predatore a causa della presenza della preda, e in che modo la presenza del predatore cambia la risposta della preda?"
L'entropia di trasferimento esamina il trasferimento di informazioni tra due entità ed è stata ampiamente applicata in campi come le neuroscienze e l'economia, ma solo di recente sta emergendo come strumento per studiare il comportamento animale. La ricerca dettagliata nell'articolo esplora come una combinazione di robotica e trasferimento di entropia può offrire nuove informazioni sull'analisi delle interazioni predatore-preda e migliorare la nostra comprensione della paura e dell'ansia.
La carta, "Teoria dell'informazione e robotica si incontrano per studiare le interazioni predatore-preda, " è stato scritto da Porfiri, Visiting Research Fellow e autore principale Daniele Neri, NYU Tandon Dynamical Systems Laboratory Manager e ricercatore Tommaso Ruberto, e la ricercatrice universitaria Tandon Gabrielle Cord-Cruz.
Gli ingegneri della NYU Tandon hanno creato un robot biomimetico che sembrava e nuotava come un vero Oscar della tigre rossa. Credito:Università di New York
In precedenti esperimenti, Porfiri e colleghi ricercatori hanno dimostrato la validità degli stimoli robotici per esperimenti sul comportamento animale, mostrando che il pesce zebra ha mostrato una risposta equivalente sia alle repliche dal vivo che a quelle robotiche di altri pesci zebra e predatori.
La loro piattaforma basata sulla robotica consente di manipolare e controllare con precisione le interazioni meglio di quanto sia possibile quando si utilizzano solo animali vivi. Nel caso dei loro ultimi esperimenti, il team ha esposto una preda viva, il pesce zebra, sia a un oscar di tigre rossa dal vivo che a una versione 3D del pesce predatore. Il pesce zebra nuotava liberamente all'interno di una configurazione simile a un'arena attorno al predatore reale e robotico, che in entrambi i casi era confinata al centro della vasca. Il robot ha viaggiato su una traiettoria dinamica e personalizzabile che è stata preprogrammata per imitare i tipici movimenti predatori del pesce vivo per incitare una risposta all'interno del pesce zebra.
I ricercatori hanno monitorato le risposte del pesce zebra sia alla replica che al predatore vivo. Suscitando una risposta di paura controllata all'interno del pesce zebra dallo stimolo robotico, la ricerca ha dimostrato come il trasferimento di entropia possa isolare la relazione causa-effetto unidirezionale tra una replica robotica e il pesce zebra. D'altra parte, sperimentando predatori vivi, hanno trovato un'interazione bidirezionale tra il pesce zebra e il predatore, in cui ciascuno stava influenzando il comportamento dell'altro.
Ulteriori sviluppi della loro innovativa piattaforma robotica hanno incluso l'ingegnerizzazione del predatore robotico per reagire ai movimenti del pesce zebra in tempo reale per esperimenti futuri. Ciò consentirà ai ricercatori di manipolare ulteriormente l'interazione tra il predatore robotico e il pesce zebra in modo tale che il pesce zebra possa causare il comportamento del predatore.
Porfiri e il suo team hanno affermato di sperare che gli studi futuri rivelino di più su come gli animali comunicano tra loro, oltre a fornire approfondimenti sugli aspetti evolutivi del comportamento sociale e su quali determinanti suscitano paura e risposte legate all'ansia tra i pesci zebra e persino altri animali, compresi gli umani.
