Wissenschaftler unter der Leitung der University of Bristol haben ein Fisch-Sinnesorgan untersucht, um Hinweise auf kollektives Verhalten zu verstehen, die auf Unterwasserroboter angewendet werden könnten.
Diese Arbeit konzentrierte sich auf das Seitenlinien-Erfassungsorgan bei afrikanischen Buntbarschen, das jedoch bei fast allen Fischarten vorkommt, das es ihnen ermöglicht, den Wasserdruck um sie herum mit genügender Schärfe zu erfassen und zu interpretieren, um äußere Einflüsse wie benachbarte Fische und Änderungen des Wasserflusses zu erkennen , Raubtiere und Hindernisse.
Das gesamte Seitenliniensystem ist über Kopf, Rumpf und Schwanz des Fisches verteilt. Es besteht aus Mechanorezeptoren (Neuromasten), die sich entweder in subdermalen Kanälen oder auf der Hautoberfläche befinden.
Der Hauptautor Elliott Scott vom Department of Engineering Mathematics der University of Bristol erklärte: „Wir haben versucht herauszufinden, ob die verschiedenen Bereiche der Seitenlinie – die Seitenlinie am Kopf gegenüber der Seitenlinie am Körper oder die verschiedenen Arten von Seitenlinien-Sensoreinheiten wie die auf der Haut und die darunter spielen unterschiedliche Rollen dabei, wie der Fisch seine Umgebung durch Umgebungsdruckmessungen wahrnehmen kann.
„Wir haben dies auf eine neuartige Weise getan, indem wir Hybridfische verwendet haben, die die natürliche Erzeugung von Variationen ermöglichten.“
Sie entdeckten, dass das Seitenliniensystem um den Kopf den wichtigsten Einfluss darauf hat, wie gut Fische in einem Schwarm schwimmen können. Unterdessen führt das Vorhandensein von mehr Seitenlinien-Sensoreinheiten, Neuromasten, die sich unter der Haut befinden, dazu, dass Fische näher schwimmen zusammen, während ein größeres Vorhandensein von Neuromasten auf der Haut dazu führt, dass Fische weiter auseinander schwimmen.
In Simulationen konnten die Forscher zeigen, wie die Mechanismen hinter der Seitenlinie nicht nur auf die winzigen Schuppen von echten Fischen anwendbar sind, sondern auch auf größere Maßstäbe. Dies könnte zu einem neuartigen, leicht herzustellenden Drucksensor für die Unterwasserrobotik inspirieren, insbesondere für die Schwarmrobotik, bei der die Kosten ein großer Faktor sind.
Elliott sagte: „Diese Ergebnisse liefern ein besseres Verständnis dafür, wie die Seitenlinie das Schwarmverhalten von Fischen beeinflusst, und tragen gleichzeitig zu einem neuartigen Design eines kostengünstigen Drucksensors bei, der für Unterwasserroboter nützlich sein könnte, die in dunklen oder trüben Umgebungen navigieren müssen.“
Das Team plant nun, den Sensor weiterzuentwickeln und in eine Roboterplattform zu integrieren, um einem Roboter bei der Navigation unter Wasser zu helfen und seine Wirksamkeit zu demonstrieren.
Das Papier ist erschienen in Offene Wissenschaft der Royal Society.
Mehr Informationen:
Elliott Scott et al, Seitenlinienmorphologie, sensorische Wahrnehmung und kollektives Verhalten bei afrikanischen Buntbarschen, Offene Wissenschaft der Royal Society (2023). DOI: 10.1098/rsos.221478. royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.221478