Utilizando robótica de última generación, un equipo de investigación de la Universidad de Konstanz, Science of Intelligence y el Instituto Leibniz de Ecología de Agua Dulce y Pesca Interior (IGB) muestra que la velocidad de los animales es fundamental para los patrones de comportamiento colectivo, y que en última instancia, son los individuos más rápidos los que tienen la mayor influencia en el comportamiento a nivel de grupo. Crédito: David Bierbach
¿Quieres ser líder? ¡Tienes que ser rápido!
Los patrones visuales espectaculares y complejos creados por grupos de animales que se mueven juntos han fascinado a los humanos desde el principio de los tiempos. Piense en los movimientos altamente sincronizados de una bandada de estorninos o en el movimiento circular de un banco de barracudas. Utilizando robótica de última generación, un equipo de investigación de la Universidad de Konstanz, Science of Intelligence y el Instituto Leibniz de Ecología de Agua Dulce y Pesca Interior (IGB) muestra que la velocidad de los animales es fundamental para los patrones de comportamiento colectivo, y que en última instancia, son los individuos más rápidos los que tienen la mayor influencia en el comportamiento a nivel de grupo. El estudio, publicado en Cartas de biología de la Royal Society, brinda nuevos conocimientos sobre patrones complejos de comportamiento colectivo en la naturaleza y proporciona conocimientos que podrían ayudar a desarrollar sistemas robóticos que se muevan colectivamente, como enjambres de robots, automóviles sin conductor y drones.
Los investigadores se han centrado durante mucho tiempo en identificar la aparición de patrones colectivos. Gracias a una combinación de experimentos de comportamiento, simulaciones por computadora y observaciones de campo, está claro que muchos patrones aparentemente complejos en realidad pueden explicarse mediante reglas relativamente simples: aléjese de los demás si se acercan demasiado, acelere hacia otros si se acercan demasiado. lejos y, de lo contrario, muévase a la misma velocidad y alinee con sus compañeros de grupo.
“Además de comprender las reglas que siguen las personas cuando interactúan con otras, debemos considerar los comportamientos y las características de las personas que componen el grupo y determinar su influencia en los resultados colectivos”, dice el Dr. Jolle Jolles, científico de la Universidad de Zukunftskolleg. de Konstanz, y autor principal del estudio. “En todo el reino animal, se ha encontrado una y otra vez que los animales tienden a diferir considerablemente entre sí en su comportamiento, como en términos de su actividad, asunción de riesgos y comportamiento social”. ¿Cuáles son las consecuencias de esta heterogeneidad conductual cuando se trata de comportamiento colectivo? ¿Y cómo se pueden comprobar sus consecuencias sociales?
El Robofish es reconocido como un conespecífico
Para desentrañar el papel de las diferencias individuales en el comportamiento colectivo y los mecanismos subyacentes a este tipo de comportamiento, el equipo de investigación construyó “Robofish”, un pez robótico que no solo se ve y se comporta de manera realista como un guppy, un pequeño pez tropical de agua dulce, sino también interactúa con los peces vivos de forma natural. Los experimentadores emparejaron el pez robótico con un guppy y lo programaron para seguir siempre a su compañero y copiar sus movimientos, sin embargo, carecía de preferencias de movimiento propias. Luego, el equipo utilizó el seguimiento de video de alta definición y un sistema de retroalimentación de circuito cerrado para permitir que los peces robóticos respondieran a las acciones de los peces vivos en tiempo real.
“Una de las reglas de interacción simples de Robofish era mantener una distancia constante con su compañero de banco”, explica el Dr. David Bierbach, que trabaja en el Grupo de Excelencia ‘Ciencia de la Inteligencia’ con sede en Berlín en la HU Berlín y el IGB, y es autor principal en el papel. “Usando esta regla, nuestro Robofish intentó mantener la misma distancia con los peces vivos acelerando y desacelerando cada vez que lo hacían los peces vivos. Además, la programación de los peces robóticos sin preferencias de movimiento propias nos dio la oportunidad única de investigar cómo las diferencias individuales en el comportamiento de los peces vivos llevaron a diferencias a nivel de grupo. En resumen, con nuestro enfoque único, podríamos aislar el efecto de la velocidad de movimiento del pez en el comportamiento colectivo de la pareja “.
Los guppies rápidos se convierten en líderes más fuertes
Los investigadores primero cuantificaron la velocidad de movimiento natural de los guppies al observar sus movimientos cuando estaban solos en un ambiente abierto, y encontraron que había grandes diferencias individuales en la rapidez con que los guppies tendían a moverse. Cuando los peces fueron probados posteriormente con Robofish, los peces y Robofish tendían a nadar juntos de forma natural como pareja. Sin embargo, los investigadores observaron que había grandes diferencias en los comportamientos sociales entre los pares: los pares en los que el guppy tenía una velocidad de movimiento más rápida tendían a estar mucho más alineados, más coordinados y menos cohesivos, y el guppy emergió como un líder más claro. . Como Robofish se comportó de acuerdo con las mismas reglas idénticas con todos y cada uno de los guppies, es la velocidad individual de los guppies la que debe haber llevado a estas diferencias en las propiedades a nivel de grupo.
Al involucrar robótica de vanguardia, esta investigación muestra que la velocidad individual es un factor fundamental en el surgimiento de patrones de comportamiento colectivos. Como las diferencias individuales en la velocidad están asociadas con una amplia gama de rasgos fenotípicos entre los animales de agrupación, como su tamaño, edad y nivel de hambre, los resultados de este estudio pueden ayudar a comprender el papel de tal heterogeneidad en los grupos de animales.
Los estudios futuros que utilicen el Robofish interactivo se centrarán en otros aspectos del comportamiento colectivo: por ejemplo, ¿cómo pueden los animales actuar en sincronía si solo responden a las acciones de sus vecinos? “Queremos mejorar el software de Robofish para que pueda predecir y anticipar los próximos pasos de los peces vivos, que se supone que es la forma en que lo hacen los animales”. dice David Bierbach.
Comprender estos mecanismos no solo es fundamentalmente importante, ya que revela información sobre los mecanismos que subyacen al comportamiento y las decisiones colectivas, sino también porque este conocimiento puede aplicarse a sistemas artificiales y utilizarse para desarrollar máquinas que se mueven colectivamente, como enjambres de robots, automóviles sin conductor, etc. y drones.
Referencia: 15 de septiembre de 2020, Letras de biología.
DOI: 10.1098 / rsbl.2020.0436
