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猎物相互作用的洞察力,融入了真实的鱼群而没

来源:http://www.17930ip.com 作者:威尼斯城所有登入网址 时间:2020-03-01 14:54

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研究人员最近通过传递熵的信息理论概念对各种过程有了深入的了解。今天,科学家们能够解释耦合动力系统,如大脑中的功能性连接模式和全球气候模式。来自纽约大学布鲁克林机械和航空航天工程系的研究人员发现,这种方法对于推动我们对动物行为的理解有很大希望,特别是与捕食者

【嵌牛导读】机器人被授予公民身份后,机器人融入人类社会的问题依然有很长的路要走

  • 猎物相互作用有关。

【嵌牛提问】机器人如何能够融入人类社会而不被当做异类?

由纽约大学教授Maurizio Porfiri领导的一个研究小组提出了一项基于机器人的研究,以控制捕食者 - 猎物相互作用中的信息流,并在试图理解系统的因果影响时测试转移熵的有效性。他们本周在AIP出版社的Chaos杂志上报道了他们的发现。

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具体来说,研究小组研究了斑马鱼的行为反应,这种斑马鱼受到引发恐惧的机器人刺激,模仿红虎奥斯卡鱼的形态生理学。他们对机器人威胁进行编程,以沿特定轨迹启动,建立受控的单向信息流。这种相互作用中的捕食者运动与猎物的反应无关。

【嵌牛正文】作为人类和机器人的历史性举措,10 月 31 日,沙特阿拉伯王国正式向一个机器人授予了公民身份。由香港 Hanston Robotics 公司开发的人工智能和人形机器人索菲娅周四在“未来投资计划”上登台亮相,她自己也宣布了自己的独特地位。

从社区的角度来看,真正重要的是能够合并机器人和动力系统以解决动物行为中的问题,Porfiri说。

虽然赋予了这个机器人公民身份,但要想让他天衣无缝地融入人类的社会,科学家们还有一条很长的路要走。

正如研究人员所预期的那样,转移熵能够隔离实验观察所依据的因果关系,并且它们能够显示从刺激到斑马鱼的单向信息流。

然而,与人类社会比起来,鱼群显得简单多了。目前一个来自洛桑联邦理工学院(EPFL)的团队已经成功地将机器人混入到斑马鱼群组里,让机器人可以指导斑马鱼群组的行为。

研究小组在基于受控机器人的设置中扩展了对转移熵的验证,研究了斑马鱼和活红虎奥斯卡鱼之间的相互作用(对斑马鱼的反应无法控制)。与基于机器人的交互不同,传递熵并不过度识别在活捕食者存在的情况下的信息流方向。因此,斑马鱼不仅受捕食者的影响,而且捕食者对斑马鱼的反应也是双向的。

多年来,鱼给了科学家们设计机器人很多灵感,让科学家能用其研发的机器人测量海水的酸度或水质,同时不会干扰当地人,还能让科学家了解更多关于鱼如何在浑浊的海水中游动,以及如何感知周围环境的信息。

我们能够从原始数据中了解到,一旦彼此存在,捕食者和猎物都会改变他们的行为,Porfiri说。

这个新机器人更像是一个社会实验。它被设计成一个“秘密特工”,与鱼类群组一起生活,科学家在观察它能否学会像真实的鱼一样与鱼群交流,以及它是否可以影响鱼群的行为。

为了为观察到的信息流差异提供一些生物学基础,Porfiri和他的小组研究了捕食者对猎物存在的反应的具体反应。尽管他们的实验装置无法完全复制红虎奥斯卡鱼的栖息地,但他们观察到在野外观察到的基本行为反应,验证了鱼的自然狩猎本能仍然在其反应中起作用。

这种机器斑马鱼被安装在一个小杆上,小杆与鱼缸底部的底座相连,底座通过磁力与一个小引擎相连,小引擎在水下给机器人斑马鱼提供驱动力,让它可以在水中游动。机器人斑马鱼的尾巴在水中左右摆动,像是真的在游泳,并且随着时间的推移,机器人能通过学习鱼群的运动来改进它自身的游泳机制。

虽然关于猎物和捕食者的行为还有更多的了解,但研究人员证明了转移熵在发现因果过程中的有效性,这在科学和工程中具有重要意义。从机器人技术可以帮助我们了解物种如何共享和使用信息的许多潜在方式来看,这一点尤其有趣。

为了帮助机器人更好的融入鱼群,这个团队将它设计成与斑马鱼有同样的颜色、形状、大小和条纹图案。为了让这个机器鱼的动作更像真实鱼类,研究小组研究了鱼的游动,包括它们的线速度、加速度、振动和鱼尾巴的运动节奏等。

研究小组在有迷宫和走廊的水族馆中进行了测试,他们将机器人放入 10 个分别有 4 条斑马鱼的鱼群中。科学家记录了整个鱼群的反应,以及每条鱼的反应,并记录下了机器人与鱼群的融合程度,之后将结果与没有放入机器人的 5 条斑马鱼群组的反应进行了比较。研究发现,放入机器人的鱼群与没有放入机器人的鱼群在反应上没有本质区别。

“鱼群接受了这个机器人,”一个研究员说,“而且机器人还能模仿鱼的行为,并能影响鱼群的行为,比如,促使它们改变方向”。

这项研究不仅能帮助科学家研究鱼类的社会互动,还能让未来研发的机器人更逼真。

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