"Le système nerveux ne traite pas tout au même endroit en même temps, mais repose sur l'idée que l'étoile de mer est compétente et va le découvrir, " dit Kanso, un boursier Zohrab A. Kaprielian en ingénierie. "Si un pied tubulaire pousse contre le sol, les autres sentiront la force. Ce couplage mécanique est le seul moyen par lequel un pied de tube partage des informations avec un autre."

Un troisième modèle de locomotion

Le système nerveux d'une étoile de mer est caractérisé par un anneau nerveux qui entoure sa bouche et se connecte à chaque bras par un nerf radial. Les muscles de chaque pied tubulaire sont stimulés par des neurones connectés aux nerfs radiaux et annulaires.

Tous les pieds marchent dans la même direction en rampant, mais leur mouvement n'est pas synchronisé. Cependant, lors de la réalisation de la démarche rebondissante, les étoiles de mer semblent coordonner des dizaines de pieds en deux ou trois groupes synchronisés. L'équipe de recherche, dirigé par Kanso, regardé les deux modes de mouvement, et la transition entre eux. Le résultat est un modèle qui décrit dans quelle mesure la locomotion d'une étoile de mer est déterminée par la réponse sensori-motrice locale au niveau des pieds tubulaires par rapport aux commandes sensori-motrices globales.

Dans le monde animal, le comportement est souvent décrit par l'un des deux modèles de locomotion dominants ; un comportement tel que le vol des insectes est le résultat d'une rétroaction sensorielle passant par un système de traitement central, qui envoie un message activant une réponse, soit c'est le résultat d'une décentralisation complètement complète, réponses individuelles aux informations sensorielles telles que les bancs de poissons ou les colonies de fourmis.

Aucun de ces modèles ne semble décrire le mouvement d'une étoile de mer.

"Dans le cas de l'étoile de mer, le système nerveux semble s'appuyer sur la physique de l'interaction entre le corps et l'environnement pour contrôler la locomotion. Tous les pieds tubulaires sont fixés structurellement à l'étoile de mer et ainsi, l'un à l'autre."

De cette façon, il existe un mécanisme pour que les « informations » soient communiquées mécaniquement entre les pieds du tube. Un pied tubulaire individuel aurait seulement besoin de ressentir son propre état (proprioception) et de réagir en conséquence. Parce que son état est couplé mécaniquement à d'autres pieds de tube, ils travaillent ensemble collectivement. Lorsque les pieds tubulaires commencent à bouger, chacun produit une force individuelle qui devient une partie de l'environnement sensoriel. De cette façon, chaque pied de tube réagit également aux forces produites par d'autres pieds de tube et éventuellement, ils établissent un rythme les uns avec les autres.

Ceci est similaire à d'autres modèles mécaniques de coordination. Par exemple, prendre un ensemble de métronomes mécaniques, dispositifs utilisés pour aider à garder le rythme ou le temps pour un musicien. Vous pouvez commencer un ensemble de 10 à toutes les différentes phases, en les reposant sur la même surface plane. Heures supplémentaires, ils se synchroniseront. L'effet de couplage mécanique observé avec l'étoile de mer est en jeu; chaque métronome interagit mécaniquement avec les phases créées par les autres métronomes et en tant que tel, est effectivement « communiquer » avec les autres métronomes jusqu'à ce qu'ils commencent à battre en rythme et en synchronie complets.

Comment le comportement des étoiles de mer peut nous aider à concevoir des systèmes robotiques plus efficaces

Comprendre comment un système nerveux distribué, comme celle d'une étoile de mer, réalise un complexe, des mouvements coordonnés pourraient conduire à des avancées dans des domaines tels que la robotique. Dans les systèmes robotiques, il est relativement simple de programmer un robot pour effectuer des tâches répétitives. Cependant, dans des situations plus complexes où une personnalisation est requise, les robots rencontrent des difficultés. Comment les robots peuvent-ils être conçus pour appliquer les mêmes avantages à un problème ou un environnement plus complexe ?

La réponse pourrait se trouver dans le modèle d'étoile de mer, dit Kanso. "En prenant l'exemple d'une étoile de mer, nous pouvons concevoir des contrôleurs pour que l'apprentissage puisse se faire de manière hiérarchique. Il existe une composante décentralisée à la fois pour la prise de décision et pour la communication avec une autorité mondiale. Cela pourrait être utile pour concevoir des algorithmes de contrôle pour les systèmes avec plusieurs actionneurs, où nous déléguons une grande partie du contrôle à la physique du système - couplage mécanique - par opposition à l'entrée ou à l'intervention d'un contrôleur central. »

Prochain, Kanso et son équipe examineront comment la commande de directionnalité globale apparaît en premier lieu et ce qui se passe s'il y a des stimuli concurrents.