入侵物种的控制是出了名的具有挑战性，尤其是在湖泊和河流中，当地的鱼类和其他野生动物只有有限的逃生选择。在他的实验室的最新进军使用仿生机器人理解和修改动物行为,纽约大学经脉工程学院教授莫里吉奥Porfiri领导一个跨学科的研究团队从纽约大学经脉和西澳大利亚大学的演示机器鱼可以是一个有价值的工具在打击世界上最成问题的入侵物种之一,食蚊鱼。
在世界各地的淡水湖和河流中都发现了大量的蚊子，大量的蚊子已经杀死了当地的鱼类和两栖动物，并且试图通过毒物或者诱捕来控制这些物种的尝试经常失败或者对当地的野生动物造成伤害。
Porfiri和一组合作者发表了第一个实验，以衡量受生物学启发的机器鱼诱导蚊子产生恐惧相关变化的能力。他们的发现表明，即使只是短暂地接触到食蚊鱼的主要捕食者——大口黑鲈的机器人复制品，也会在食蚊鱼身上引发有意义的应激反应，引发与能量储备损失相关的回避行为和生理变化，潜在地转化为更低的繁殖率。
这篇论文发表在最新一期的《英国皇家学会界面杂志》上，题为《蚊子对受生物启发的互动机器人捕食者的行为和生活史反应》。
波菲利说:“据我们所知，这是第一次使用机器人来唤起这种入侵物种的恐惧反应。”“研究结果表明，在实验室环境中，机器鱼能紧密模仿大口黑鲈的游动模式和视觉外观，这对食蚊鱼具有强大而持久的影响。”
研究小组连续六周每周让几组蚊子接触机器黑鲈15分钟。在不同的试验中，该机器人的行为有所不同，跨越了不同程度的仿生学。值得注意的是，在一些实验中，这个机器人被编程成基于与活蚊互动的实时反馈，并表现出典型的掠食行为的“攻击”——游泳速度的快速增长。实时跟踪活鱼和仿制品之间的相互作用，并进行分析，以揭示机器人的仿生程度与活鱼所表现出的应激反应水平之间的关系。食蚊动物与恐惧有关的行为包括冻结(而不是游泳)，不愿意探索陌生的、潜在危险的开阔空间，以及不稳定的游泳模式。
研究人员还测量了应激反应的生理参数，每周麻醉鱼来测量它们的体重和长度。体重的减少表明更强的反捕食反应，并导致更低的能量储备。储量较低的鱼类不太可能存活很长时间，也不太可能把精力用于未来的繁殖——这些因素对野外种群管理有着重大影响。
暴露在机器人捕食者面前的鱼，最接近于模仿现实生活中捕食者的攻击性、攻击导向的游泳模式，表现出最高水平的行为和生理应激反应。
“还需要进一步的研究来确定这些影响转化为野生种群,但这是一个潜在的机器人的具体示范解决食蚊鱼问题,”乔凡尼Polverino说,福勒斯特的大学生物科学学院的西澳大利亚和论文的主要作者。“我们的学校之间还有很多工作要做，以建立新的、有效的工具来对抗入侵物种的蔓延。”
视频资料:Maurizio Porfiri和Giovanni Polverino
波尔菲利的动力系统实验室因之前在活鱼旁边使用仿生机器人来梳理许多集体动物行为的机制而闻名，包括领导能力、交配偏好，甚至酒精对社会行为的影响。除了开发能够为研究动物行为提供完全可控刺激的机器人外，仿生机器人还尽量减少了实验动物的使用。
该论文的共同作者还包括纽约大学坦顿分校的博士生默特·卡拉卡亚(Mert Karakaya);波菲利实验室的研究员基娅拉·斯皮内洛(Chiara Spinello)和纽约大学坦顿分校的本科生维里辛·索曼(Vrishin Soman)。波菲利在纽约大学坦顿分校的机械和航天工程系以及生物医学工程系担任教职。
本研究由美国国家科学基金会和福勒斯特研究基金会资助。
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