Met hulp van robotvissen, onderzoekers van de Tandon School of Engineering van de New York University laten zien hoe informatietheorie inzicht kan bieden in de oorzaak-en-gevolgrelaties tussen roofdier en prooi in het dierenrijk.

In een paper gepubliceerd in het American Institute of Physics' Chaos:een interdisciplinair tijdschrift voor niet-lineaire wetenschap , het onderzoeksteam onder leiding van Maurizio Porfiri, een professor in mechanische en ruimtevaarttechniek aan de NYU Tandon, valideerde het gebruik van informatietheorie om interacties tussen roofdieren en prooien te bestuderen. Door het gebruik van robotvissen, het onderzoek biedt een basis voor gecontroleerde experimenten van oorzakelijk verband binnen dergelijke interacties.

"In een context van twee entiteiten - het roofdier en de prooi - die op zoek zijn naar totaal verschillende resultaten, robotica biedt ons een hulpmiddel om het concept van overdrachtsentropie te valideren om oorzaak-gevolgrelaties te ontdekken en om bepaalde biologische vragen te beantwoorden, "Zei Porfiri. "De vraag die we uiteindelijk willen begrijpen, is:als we een roofdier en zijn prooi samenbrengen, hoe beïnvloeden ze elkaar? Hoe verandert het gedrag van het roofdier door de aanwezigheid van de prooi, en hoe verandert de aanwezigheid van het roofdier de reactie van de prooi?"

Transfer entropie onderzoekt de overdracht van informatie tussen twee entiteiten en is op grote schaal toegepast op gebieden zoals neurowetenschappen en economie, maar het is pas onlangs in opkomst als een hulpmiddel voor het bestuderen van dierlijk gedrag. Het onderzoek dat in het artikel wordt beschreven, onderzoekt hoe een combinatie van robotica en overdrachtsentropie nieuw inzicht kan bieden in de analyse van roofdier-prooi-interacties en ons begrip van angst en angst kan verbeteren.

De krant, "Informatietheorie en robotica ontmoeten elkaar om interacties tussen roofdieren en prooien te bestuderen, is geschreven door Porfiri, Gastonderzoeker en hoofdauteur Daniele Neri, NYU Tandon Dynamical Systems Laboratory Manager en onderzoekswetenschapper Tommaso Ruberto, en Tandon-onderzoeker Gabrielle Cord-Cruz.

Bij eerdere experimenten is Porfiri en collega-onderzoekers toonden de validiteit aan van robotische stimuli voor experimenten met diergedrag, waaruit blijkt dat zebravissen een gelijkwaardige reactie vertoonden op zowel levende als robotachtige replica's van andere zebravissen en roofdieren.

Hun op robotica gebaseerde platform maakt het mogelijk om interacties beter te manipuleren en nauwkeurig te controleren dan mogelijk is bij het gebruik van alleen levende dieren. In het geval van hun laatste experimenten, het team stelde levende prooien - zebravissen - bloot aan zowel een levende rode tijger-oscar als een 3D-versie van de roofvis. De zebravis zwom vrij binnen een arena-achtige opstelling rond zowel het echte als het robotachtige roofdier, die in beide gevallen was beperkt tot het midden van de tank. De robot reisde op een dynamisch en aanpasbaar traject dat voorgeprogrammeerd was om de typische roofzuchtige bewegingen van de levende vis na te bootsen om een ​​reactie binnen de zebravis op te wekken.

De onderzoekers volgden de reacties van de zebravis op zowel de replica als het levende roofdier. Door een gecontroleerde angstreactie op te wekken bij de zebravis door de robotachtige stimulus, het onderzoek toonde aan hoe overdrachtsentropie de eenrichtingsoorzaak-en-gevolgrelatie tussen een robotreplica en de zebravis kan isoleren. Anderzijds, experimenteren met levende roofdieren, ze vonden een interactie in twee richtingen tussen de zebravis en het roofdier, waarin de een het gedrag van de ander beïnvloedde.

Verdere ontwikkelingen van hun innovatieve robotplatform omvatten de engineering van het robotachtige roofdier om in realtime te reageren op de bewegingen van de zebravis voor toekomstige experimenten. Hierdoor kunnen onderzoekers de interactie tussen het robotroofdier en de zebravis verder manipuleren, zodat de zebravis het gedrag van het roofdier zal veroorzaken.

Porfiri en zijn team zeiden dat ze hopen dat toekomstige studies meer zullen onthullen over hoe dieren met elkaar communiceren. evenals inzicht verschaffen in de evolutionaire aspecten van sociaal gedrag en welke determinanten angst en angstgerelateerde reacties oproepen bij zebravissen en zelfs andere dieren, inclusief mensen.