En comparant les réactions de nage du poisson zèbre (la proie) à l'oscar tigre rouge (le prédateur, montré ci-dessus) contre les réactions du poisson zèbre lorsqu'il est confronté à un robot qui ressemblait et nageait comme la vraie chose, les chercheurs de NYU Tandon ont conclu que le couplage des techniques de recherche de la robotique avec la théorie de l'information fera progresser la compréhension des interactions prédateur-proie. Crédit :Université de New York
Avec l'aide de poissons robotisés, Des chercheurs de la Tandon School of Engineering de l'Université de New York démontrent comment la théorie de l'information peut donner un aperçu des relations de cause à effet entre prédateur et proie dans le règne animal.
Dans un article publié dans l'American Institute of Physics' Chaos :un journal interdisciplinaire de science non linéaire , l'équipe de recherche dirigée par Maurizio Porfiri, professeur de génie mécanique et aérospatial à NYU Tandon, validé l'utilisation de la théorie de l'information pour étudier les interactions prédateur-proie. Grâce à l'utilisation de poissons robotisés, la recherche fournit une base pour des expériences contrôlées de causalité au sein de telles interactions.
"Dans un contexte de deux entités - le prédateur et la proie - cherchant des résultats totalement différents, la robotique nous fournit un outil pour valider le concept d'entropie de transfert pour découvrir les relations de cause à effet et pour répondre à certaines questions biologiques, " dit Porfiri. " La question que nous voulons finalement comprendre est, si nous rassemblons un prédateur et sa proie, comment ils s'influencent mutuellement ? Comment le comportement du prédateur change-t-il en raison de la présence de la proie, et comment la présence du prédateur modifie-t-elle la réponse de la proie ?"
L'entropie de transfert examine le transfert d'informations entre deux entités et est devenue largement appliquée dans des domaines tels que les neurosciences et l'économie, mais il n'est apparu que récemment comme un outil pour étudier le comportement animal. La recherche détaillée dans l'article explore comment une combinaison de robotique et d'entropie de transfert peut offrir de nouvelles perspectives dans l'analyse des interactions prédateur-proie et améliorer notre compréhension de la peur et de l'anxiété.
Le papier, "La théorie de l'information et la robotique se rencontrent pour étudier les interactions prédateur-proie, " a été écrit par Porfiri, Chercheur invité et auteur principal Daniele Neri, NYU Tandon Dynamical Systems Laboratory Manager et chercheur scientifique Tommaso Ruberto, et Gabrielle Cord-Cruz, chercheuse de premier cycle à Tandon.
Les ingénieurs de NYU Tandon ont créé un robot biomimétique qui ressemblait et nageait comme un véritable oscar de tigre rouge. Crédit :Université de New York
Dans les expériences précédentes, Porfiri et ses collègues chercheurs ont démontré la validité des stimuli robotiques pour des expériences sur le comportement animal, montrant que le poisson zèbre présentait une réponse équivalente aux répliques vivantes et robotiques d'autres poissons zèbres et prédateurs.
Leur plate-forme robotique permet de manipuler et de contrôler avec précision les interactions mieux qu'il n'est possible en utilisant uniquement des animaux vivants. Dans le cas de leurs dernières expériences, l'équipe a exposé des proies vivantes, le poisson zèbre, à la fois à un oscar de tigre rouge vivant et à une version 3D du poisson prédateur. Le poisson zèbre nageait librement dans une configuration semblable à une arène autour du prédateur réel et robotique, qui dans les deux cas était confiné au milieu du réservoir. Le robot a voyagé sur une trajectoire dynamique et personnalisable qui a été préprogrammée pour imiter les mouvements prédateurs typiques du poisson vivant pour inciter une réponse au sein du poisson zèbre.
Les chercheurs ont suivi les réponses du poisson zèbre à la fois à la réplique et au prédateur vivant. En suscitant une réponse de peur contrôlée chez le poisson zèbre à partir du stimulus robotique, la recherche a démontré comment l'entropie de transfert peut isoler la relation de cause à effet unidirectionnelle entre une réplique robotique et le poisson zèbre. D'autre part, expérimenter avec des prédateurs vivants, ils ont trouvé une interaction bidirectionnelle entre le poisson zèbre et le prédateur, où chacun influençait le comportement de l'autre.
D'autres développements de leur plate-forme robotique innovante comprenaient l'ingénierie du prédateur robotique pour réagir aux mouvements du poisson zèbre en temps réel pour de futures expériences. Cela permettra aux chercheurs de manipuler davantage l'interaction entre le prédateur robotique et le poisson zèbre de telle sorte que le poisson zèbre provoquera le comportement du prédateur.
Porfiri et son équipe ont déclaré qu'ils espéraient que les études futures en révéleraient davantage sur la façon dont les animaux communiquent entre eux, ainsi que de fournir un aperçu des aspects évolutifs du comportement social et des déterminants qui suscitent des réactions liées à la peur et à l'anxiété chez le poisson zèbre et même d'autres animaux, y compris les humains.
