Teleportering er en science fiction-trope, der ofte forbindes med Star Trek. Men en anden form for teleportering bliver udforsket på NYU Tandon School of Engineering, en der kunne lade forskere undersøge selve grundlaget for social adfærd, studere interaktioner mellem invasive og indfødte arter for at bevare naturlige økosystemer, udforske forholdet mellem rovdyr og bytte uden at udgøre en risiko for dyrenes velfærd, og endda finjustere menneske/robot-grænseflader.
Teamet, ledet af Maurizio Porfiri, institutprofessor ved NYU Tandon, udtænkte en ny tilgang til at få fysisk adskilte fisk til at interagere med hinanden, hvilket førte til indsigt i, hvilke slags signaler der påvirker social adfærd.
Det innovative system, kaldet "behavioural teleporting" - overførslen af den komplette opgørelse over adfærd og handlinger (etogram) af en levende zebrafisk til en fjernt placeret robot-replika - gjorde det muligt for efterforskerne uafhængigt at manipulere flere faktorer, der understøtter sociale interaktioner i re altid. Forskningen, "Behavioural teleporting of individual ethograms onto inanimate robots: experiments on social interactions in live zebrafish", vises i Cell Press-tidsskriftet iScience.
Teamet, herunder Mert Karakaya, en Ph. D. kandidat i Department of Mechanical and Aerospace Engineering ved NYU Tandon, og Simone Macrì fra Center for Behavioural Sciences and Mental He alth, Istituto Superiore di Sanità, Rom, udtænkte et setup bestående af to separate tanke, der hver indeholder en fisk og en robotkopi. Inden i hver tank svømmede parrets levende fisk med zebrafisk-replikaen, der matchede morfologien og bevægelsesmønstret for de levende fisk, der var placeret i den anden tank.
Et automatiseret sporingssystem scorede hvert af de levende forsøgspersoners bevægelsesmønstre, som igen blev brugt til at styre robot-replikaen, der svømmede i den anden tank via en ekstern manipulator. Derfor tillod systemet overførslen af det komplette etogram af hver fisk på tværs af akvarier inden for en brøkdel af et sekund, hvilket etablerede en kompleks robotik-medieret interaktion mellem to fjerntliggende levende dyr. Ved uafhængigt at kontrollere morfologien af disse robotter udforskede holdet sammenhængen mellem udseende og bevægelser i social adfærd.
Forskerne fandt ud af, at replikaen teleporterede fiskens bevægelse i næsten alle forsøg (85 % af den samlede eksperimentelle tid), med en nøjagtighed på 95 % ved en maksimal tidsforsinkelse på mindre end to tiendedele af et sekund. Den høje nøjagtighed i replikationen af fiskebanen blev bekræftet ved tilsvarende analyse af hastighed, drejningshastighed og acceleration.
Porfiri forklarede, at det adfærdsmæssige teleporteringssystem undgår grænserne for typisk modellering ved hjælp af robotter.
"Da eksisterende tilgange involverer brugen af en matematisk repræsentation af social adfærd til at kontrollere replikaens bevægelser, fører de ofte til unaturlige adfærdsmæssige reaktioner fra levende dyr," sagde han. "Men fordi adfærdsmæssig teleportering 'kopierer/indsætter' adfærden af en levende fisk på robotproxies, giver det en høj grad af præcision med hensyn til faktorer som position, hastighed, drejningshastighed og acceleration."
Porfiris tidligere forskning, der beviser, at robotter er levedygtige, da adfærdsmodeller for zebrafisk viste, at stimer af zebrafisk kunne fås til at følge deres robot-modparters føring.
"Hos mennesker udfolder social adfærd sig i handlinger, vaner og praksisser, der i sidste ende definerer vores individuelle liv og vores samfund," tilføjede Macrì. "Disse afhænger af komplekse processer, medieret af individuelle træk - skaldethed, højde, stemmehøjde og outfit, for eksempel - og adfærdsfeedback, vektorer, der ofte er svære at isolere. Denne nye tilgang viser, at vi kan isolere indflydelse på kvaliteten af social interaktion og bestemme, hvilke visuelle funktioner der virkelig betyder noget "
Undersøgelsen omfattede eksperimenter for at forstå det asymmetriske forhold mellem store og små fisk og identificere leder-/følgerroller, hvor en stor fisk svømmede med en lille replika, der afspejlede adfærden hos de små fisk placeret i den anden tank og omvendt.
Karakaya sagde, at holdet var overrasket over at opdage, at de mindre - ikke større - fisk "ledede" interaktionerne.
"Der er ingen stærkt afgørende resultater om, hvorfor det kunne være, men en af årsagerne kan være på grund af de mindre individers 'nysgerrige' natur til at udforske et nyt rum," sagde han. "I kendte miljøer har store fisk en tendens til at føre, men i nye miljøer kan større og ældre dyr være forsigtige i deres tilgang, hvorimod de mindre og yngre kunne være 'dristigere'.'"
Metoden førte også til opdagelsen af, at interaktion mellem fisk ikke var bestemt af bevægelsesmønstre alene, men også af udseende.
"Det er interessant at se, at der, som det er tilfældet med vores egen art, er et forhold mellem udseende og social interaktion," tilføjede han.
Karakaya tilføjede, at dette kunne tjene som et vigtigt værktøj til menneskelig interaktion i den nærmeste fremtid, hvorved folk gennem teleportering i lukket kredsløb kunne bruge robotter som proxyer til sig selv.
"Et eksempel ville være kolonierne på Mars, hvor eksperter fra Jorden kunne bruge humanoide robotter som en forlængelse af sig selv til at interagere med miljøet og mennesker der. Dette ville give lettere og mere præcis lægeundersøgelse, forbedre menneskelig kontakt Detaljerede undersøgelser af de adfærdsmæssige og psykologiske virkninger af disse proxyer skal afsluttes for bedre at forstå, hvordan disse teknikker kan implementeres i dagligdagen."
