Изучение поведения ядовитых лягушек-дротиков при размножении с помощью роботов, похожих на головастиков.

За последние несколько десятилетий робототехники разработали роботов, вдохновленных самыми разными животными, включая собак, змей, птиц, пауков, летучих мышей, осьминогов и различные виды насекомых. Эти роботы в первую очередь предназначены для решения практических задач в реальном мире, например, проникновения в ограниченное пространство, навигации по неровной местности или надежного полета на большие расстояния.

Группа исследователей из Стэнфордского университета недавно разработала маленького робота, похожего на головастика, а затем использовала его для изучения родительского поведения ядовитых лягушек-древолазов. arXiv Сервер препринтов сделал несколько очень интересных наблюдений, как с точки зрения того, как лягушки взаимодействуют с роботом, так и с точки зрения их поведения со своим потомством.

Билли С. сказал: «Нас интересуют ядовитые лягушки-древолазы, потому что они демонстрируют огромную поведенческую гибкость, особенно с точки зрения родительской заботы. Поскольку многие лягушки распознают пространство, а не родственников напрямую (например, с помощью распознавания лиц), мы можем оппортунистически манипулировать бассейнами головастиков или ролью инкубации, используя роботов-головастиков, чтобы увидеть, как родители реагируют на изменения сигналов потомства.Для многих других видов это невозможно, потому что родители узнают родственников напрямую или есть другие сигналы мы должны принимать во внимание, например, конкуренцию между братьями и сестрами».

В некоторых предыдущих исследованиях также пытались ввести роботизированных лягушек в ту же среду, что и настоящие лягушки, как правило, для наблюдения за их социальным поведением и принятием решений. С другой стороны, Гулсби и его коллеги специально хотели выяснить, будет ли робот, похожий на лягушку, каким-то образом влиять на родительское поведение ядовитых лягушек-древолазов.

Одним из видов поведения, которое представляло для них особый интерес, была обычная склонность матерей-древолазов выпускать неоплодотворенные яйца и кормить свое потомство после того, как последнее проявляло поведение «попрошайничества» (т.е. приближалось к задней части лягушки, энергично виляя хвостом). Они также хотели изучить поведение лягушек-отцов, которые обычно осматривают питомники и оценивают потомство, чтобы определить, какие из них больше всего нуждаются в кормлении.

«Конкретные виды, которые мы изучаем, развили материнское обеспечение, когда матери выделяют неоплодотворенную яичную муку потомству», — объяснил Гулсби. «Материнская забота координируется через родительский контакт, при этом отцы также наблюдают за питомниками, чтобы оценить потомство. Мы изучаем посещения родителей, защиту интересов родителей и материнскую поддержку как аспекты родительских усилий у этого вида».

Для проведения своих экспериментов исследователи сначала создали небольшого робота, который мог имитировать шаткие движения тела головастиков. Затем они поместили этого робота в большой аквариум с ядовитыми лягушками-матерью и отцом, дистанционно контролируя их движения, чтобы они воспроизвели поведение головастиков, просящих милостыню.

«Мотор снаружи нашего робота вращает рукоятку, которая тянет за веревку, прикрепленную к внутренней части робота», — сказал Тони Дж. Чен, еще один соавтор исследования. «Итак, это, плюс пружинный элемент внутри робота, тянет и толкает хвост TadBot, что создает колебательное движение. Основное преимущество этой установки в том, что она позволяет TadBot быть очень маленьким, близким к размеру настоящего головастика. ».

Робот, созданный Гулсби, Ченом и их коллегами, очень напоминает головастиков по размеру, внешнему виду и движениям. Примечательно, что его двигатель можно установить за пределами аквариума, чтобы шум не беспокоил лягушек и не мешал их нормальной деятельности.

Исследователи обнаружили, что робот «прошел испытание» и обманул лягушек-матерей, особенно лягушек-отцов, которые, казалось, обращались с ней так, как будто она была одним из их собственных потомков. Во многих случаях, когда похожие на лягушек роботы начинали «попрошайничать» и энергично махать хвостами, родители пытались координировать уход, приглашая матерей в ясли, чтобы те могли скормить роботам неоплодотворенные яйца.

Интересно, что когда матери откликнулись на призыв и посетили питомник головастиков, они не выпустили неоплодотворенные яйца, предполагая, что они каким-то образом поняли, что роботы не являются потомством. В своей статье исследователи предполагают, что матери могут полагаться на дополнительные сигналы, пытаясь решить, следует ли откладывать яйцеклетку, такие как вибрации или другие тонкие движения.

«Мы надеемся, что наша работа предоставит набор инструментов, который можно будет использовать прослеживаемым образом для манипулирования сигналами потомства, информируя нас о том, как вибрационные сигналы представлены у амфибий и где в мозгу происходит принятие родительских решений», — сказал Гулсби. . «Учитывая эти результаты, мы можем начать лучше понимать происхождение и развитие нейронных цепей, участвующих в воспитании детей».

Последнее исследование Гулсби, Чена и их коллег подчеркивает огромный потенциал роботов для безопасного изучения социального поведения животных. В будущем это может вдохновить на новую работу, направленную на разработку биомиметических роботов, использование их для взаимодействия с разными видами животных и наблюдения за результирующим поведением.

«Теперь мы планируем механически улучшить TadBot, чтобы он больше походил на настоящего головастика, основываясь на данных, которые мы собираем, с дополнительными поведенческими исследованиями», — добавил Чен.