13/07/2023
Door Ad Spijkers
Nieuw onderzoek laat zien hoe we robots kunnen ontwerpen die denken als bijen.
Honingbijen moeten inspanning, risico en beloning in evenwicht houden. Ze moeten snel en nauwkeurig inschatten welke bloemen het meest waarschijnlijk voedsel voor hun korf zullen bieden. Onderzoek onthult hoe honingbijen zich in miljoenen jaren van evolutie hebben ontwikkeld om snelle beslissingen te nemen en risico's te verminderen. De studie vergroot ons begrip van insectenhersenen, hoe onze eigen hersenen evolueerden én hoe we betere robots kunnen ontwerpen.
Aan het onderzoek werd deelgenomen door wetenschappers van Macquarie University (bij Sydney) en de University of Sheffield. Het geeft een model van besluitvorming bij bijen en schetst de paden in hun hersenen die snelle besluitvorming mogelijk maken.
Besluiten nemen
Besluitvorming vormt de kern van cognitie. Het is het resultaat van een evaluatie van mogelijke uitkomsten, en dierenlevens zitten vol met beslissingen. Een honingbij heeft hersenen die kleiner zijn dan een sesamzaadje. Toch kan ze sneller en nauwkeuriger beslissingen nemen dan de mens. Een robot die is geprogrammeerd om het werk van een bij te doen, heeft de back-up van een supercomputer nodig.
De hedendaagse robots werken grotendeels met ondersteuning van remote computing. Drones moeten draadloos communiceren met een datacenter. Een drone zal nooit Mars alleen kunnen verkennen. De rovers van NASA op Mars hebben in jaren van verkenning ongeveer 75 km afgelegd.
Bijen moeten snel en efficiënt werken, nectar vinden en terugbrengen naar de korf, terwijl ze roofdieren vermijden. Ze moeten beslissingen nemen. Welke bloem zal nectar hebben? Terwijl ze vliegen, zijn ze vatbaar voor aanvallen in de lucht. Wanneer ze landen om te eten, zijn ze kwetsbaar voor spinnen en andere roofdieren, waarvan sommige camouflage gebruiken om eruit te zien als bloemen.
Training
De onderzoekers hebben twintig bijen getraind om vijf verschillend gekleurde 'bloemschijven' te herkennen. Blauwe bloemen hadden altijd suikerstroop. Groene bloemen bevatten altijd kinine met een bittere smaak voor bijen. Andere kleuren hadden soms glucose. Vervolgens lieten ze elke bij kennismaken met een 'tuin' waar de 'bloemen' gedestilleerd water bevatten. De onderzoekers filmden elke bij en keken vervolgens meer dan veertig uur aan video. Ze volgende het pad van de bijen en timeden hoe lang het duurde voordat ze een beslissing namen.
Als de bijen er zeker van waren dat een bloem voedsel zou hebben, dan besloten ze snel om er gemiddeld 0,6 s op te landen. Als ze er zeker van waren dat een bloem geen voedsel zou hebben, namen ze net zo snel een beslissing. Als ze het niet zeker wisten, nam dat veel meer tijd in beslag: gemiddeld 1,4 s. De tijd weerspiegelde de kans dat een bloem voedsel had.
Het team bouwde vervolgens een computermodel op basis van de eerste principes, met als doel het besluitvormingsproces van de bijen na te bootsen. Ze ontdekten dat de structuur van hun computermodel erg leek op de fysieke lay-out van een bijenbrein. De studie heeft complexe autonome besluitvorming met minimale neurale circuits aangetoond.
Vervolg
Nu ze weten hoe bijen zulke slimme beslissingen nemen, onderzoeken de wetenschappers hoe bijen zo snel zijn in het verzamelen en verzamelen van informatie. Ze denken dat de dieren hun vliegbewegingen gebruiken om hun visuele systeem te verbeteren, zodat ze beter de beste bloemen kunnen detecteren. AI-onderzoekers kunnen veel leren van insecten en andere 'eenvoudige' dieren. Miljoenen jaren van evolutie hebben geleid tot ongelooflijk efficiënte hersenen met lage stroomvereisten. De toekomst van AI in de industrie zal worden geïnspireerd door de biologie.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Macquarie University