Prim Hírek

A nagyobb űrhivatalok (NASA, ESA) kutatási profiljában is szereplő fejlesztési irányzat jelentős mértékben merít a neurobiológia tudományterületének eredményeiből. Időnként azonban fordul a kocka és maguk a neurobiológusok is a robotika eszközeinek segítségével igyekeznek pontosabb képet kapni az élőlényekben zajló kognitív folyamatokról. Roland Strauss, a német Würzburg Egyetem rovarbiológusa például rovarok felépítését modellező robotok segítségével igyekszik kideríteni, hogy a gyümölcslegyek agyuknak mely részeit használják különböző mozdulatok irányításához – ismertette az InfoPark Zrt. innovációs hírlevele (http://www.koine.hu/) a Nature brit tudományos folyóirat nyomán. 

Strauss és csoportja hagyományos biológiai módszerekre alapozza kutatását: az agy egyes részeinek funkcióját úgy térképezik föl, hogy a kérdéses részen sérülést okoznak és megnézik, hogy ettől milyen rendellenességek keletkeznek a rovar mozgásában. A kutatók a legyek agyszerkezetét genetikai eszközökkel „károsítják”, azaz véletlenszerű mutációkat idéznek elő a légy génkészletében. Ezután megvizsgálják, hogy azoknak a mutáns legyeknek, melyek mozgási zavarokat mutattak, mely agyterületeit érintette a mutáció. Az agyuk „központi komplexumában” kárt szenvedett rovarok közt egyesek lassabban tudtak mászni, míg mások egy tárgyat egyenes vonalú mozgás helyett spirális pályán közelítettek meg. Az elmúlt tíz évben Strauss kutatócsoportja azt térképezte föl, hogy a központi komplexum különböző területeinek sérülése milyen mozgásbeli vagy orientációs eredményeket eredményez. A kutatók jelenleg azon dolgoznak, hogy az egyes területekhez kapcsolt mozgásfunkciókat átalakítsák algoritmusokká és kipróbálják őket robotikus eszközökön.

A csoport korábbi robotkísérletei beigazolták, hogy a legyek a térbeli távolságot a közeli és távoli tárgyak eltérő mozgásképe, az ún. „parallaxis mozgás” segítségével tudják fölmérni, illetve, hogy azok mindig a legközelebbi mozdulatlan tárgyra igyekszenek leszállni. Strauss ezután arra volt kíváncsi, hogy a legyek vajon egyedül ennek a látószögelhajlásból adódó jelenségnek a segítségével érzékelik a távolságot, vagy felismerik-e magukat a tárgyakat is. Ennek vizsgálatához a kutatók egy Dro-o-boT nevű, kamerával felszerelt, kerekeken közlekedő robotot egy olyan virtuális valóság teremben helyeztek el, melynek a falain megjelenő vizuális információk térbeli elmozdulás és távoli, mozdulatlan tárgyak jelenlétének hatását keltették. A Nature beszámolója szerint a kísérlet során az egyedül a parallaxis mozgás algoritmusát követő robot ugyanazokat a „mozgáspályákat” produkálta, mint korábban a hasonló elrendezésű környezetbe helyezett legyek. Az elmúlt évek során Strauss és csapata a rovarszerű, lábakon közlekedő, Tarry II nevű robotot is be tudta programozni arra, hogy a fenti módon azonosítsa be és közelítse meg a legközelebbi tárgyat.

Más kísérletekben Strauss azt vizsgálta, hogy a legyek agya hogyan szabályozza a mozgási sebességet. A csoport azt találta, hogy azok a mutánsok, melyek központi komplexumának „protocerebrális hídja” károsodott, egy cél felé haladva kevésbé képesek szaporázni lépteiket, mint egészséges társaik, és lépéseik számát ugyan tudják növelni, de azok hosszát nem. Miután a kutatók a mozdulatok algoritmusát a Tarry II-n is modellezték, kiderült, hogy ez a fajta haladás nem csak lassú, de nem is hatékony, mert egy adott sebesség eléréséhez nyolc százalékal több energiát fogyaszt, mint az „egészséges” járás. A legyekéhez hasonló energiahatékonyság nem jellemző minden rovarra: az evolúciósan ősibb agyfelépítéssel rendelkező botsáskák lépéseik hosszát nem, csak azok számát tudják növelni. 

Strauss és más rovarbiológusok az utóbbi időben azt kezdték vizsgálni, robotikus modellek bevonását is tervbe véve, hogy az ízeltlábúaknak milyen neurális mechanizmusok segítenek fizikai akadályokon való átkelésen. Roy Ritzmann, az egyesült államokbeli Case Western Reserve University (Cleveland, Ohio) biológusa egy csótányokon végzett kísérletsorozat után azt a hipotézist állította föl, hogy a rovarok agya három különböző állapoton esik keresztül, amikor valamilyen akadályhoz érkezik. A rovar először azonosítja az úttorlaszt, majd eldönti, hogy szükséges-e kitérni előle, végül pedig arról hoz döntést, hogy milyen irányból kerülje meg. Ritzmann feltevésének érvényességét úgy szeretné ellenőrizni, hogy a három fázist egy Robot III nevű, hatlábú robotikus eszközbe programozza, melyet az egyetem biorobotikai laboratóriuma fejlesztett. Ugyanebben a laboratóriumban Roger Quinn korábban egy Wheg elnevezésű roboton ellenőrizte Ritzmann hipotézisét arról, hogy a csótányok attól függően másznak fel egy szekrényre vagy másznak be alá, hogy a bútorhoz érkezve csápjaik annak aljához vagy oldalához érnek először. Míg a rovarok döntéséhez a csápokkal érzékelt információ mellett elvileg több hatás is hozzájárulhatott, a robot esetében a többi befolyásoló idegrendszeri tényezőt ki lehetett zárni. A robotkísérletek Ritzmann elméletének megalapozottságát igazolták.

A Nature cikke rámutat, hogy számos rovarbiológus tervezi a fentieknél is összetettebb rovarviselkedések modellezését robotokon, mint például az emelkedőkre való feljutás vagy a mászás. Az ehhez szükséges eszközök a világ különböző robotokai laboratóriumaiban rendelkezésre is állnak. Például a Carnegie Mellon University (Pittsburgh, Pennsylvania) fejlesztői által épített hatlábú RiSE fára is tud mászni. Ahhoz azonban, hogy ezek a robotok magasabb fokú autonómiára tegyenek szert, rovarokon végzett biológiai kísérletekre van szükség, melyek során a rovarbiológusok az ízeltlábúak agyából „kinyerik” azok mozgási algoritmusait. A robotikai fejlesztőműhelyek – köztük a NASA és az ESA kutatólaborjai – ezért egyre nagyobb érdeklődéssel fordulnak a rovarbiológia eredményei felé és ma már számos robotikai fejlesztőcsoport rendelkezik saját neurobiológiai szakértővel. (A Nature nyomán)

Forrás: Koine – az InfoPark Zrt. innovációs hírlevele