Forscher überrascht von den Reaktionen der Fische auf Roboter

Norwegen ist weltweit führend, wenn es um den Einsatz von Robotern im Aquakultursektor geht. Doch welchen Einfluss haben diese Roboter eigentlich auf die Fische? Die Kybernetikerin Eleni Kelasidi ist überrascht, wie viel.

„Ich dachte, dass es ganz einfach wäre, die gleiche Technologie, die wir in der Öl- und Gasindustrie verwenden, auf den Aquakultursektor anzuwenden“, sagt Eleni Kelasidi. „Mein erster Besuch auf einer Fischfarm war also ein echter Weckruf“, sagt sie.

Kelasidi hatte einen Ph.D. in Schlangenrobotertechnologien, die für den Einsatz im Öl- und Gassektor entwickelt werden, bevor er leitender Forschungswissenschaftler in der Aquakulturabteilung von SINTEF Ocean wurde.

„Ich habe nie wirklich verstanden, dass ein Netzgehege voller lebender, sich bewegender Tiere die Bedingungen für den Roboterbetrieb so drastisch verändern würde“, sagt Kelasidi. „Es ist etwas ganz anderes, als einen Roboter im offenen Ozean zu bedienen, wo wir stationäre, tote Metallobjekte wie Pipelines und Turbinen untersuchen“, sagt sie.

Seitdem Robotik im Aquakultursektor eingesetzt wird, wurden die meisten verwendeten Geräte ursprünglich für die Öl- und Gasindustrie entwickelt. Kelasidi glaubt, dass branchenspezifischere Roboter erforderlich sind, und ihre Arbeit umfasste die Erforschung von Technologien, die die Fische möglichst wenig stören.

Sicherheitsabstände – je nach Fisch

„Wenn wir über Interaktionen zwischen Menschen und Robotern sprechen, gehen wir davon aus, dass wir den Bedürfnissen und der Sicherheit der Menschen höchste Priorität einräumen“, sagt Kelasidi. „Dasselbe Prinzip liegt unserem Projekt „Fish-Machine Interaction“ zugrunde. Wir wollen zur Entwicklung besserer Roboter beitragen, die schnell und effizient arbeiten können. Aber sie müssen natürlich die Bedürfnisse und die Sicherheit der Fische berücksichtigen Konto“, sagt sie.

Seit drei Jahren sammelt und analysiert Kelasidi zusammen mit der Postdoktorandin Qin Zhang von der NTNU und dem Rest ihres Teams Daten aus verschiedenen Netzgehegen, die im voll ausgestatteten Fischfarmlabor von SINTEF Ocean, SINTEF ACE, installiert sind. Die Datenerfassung erfolgte an verschiedenen Orten, zu unterschiedlichen Jahreszeiten und bei Fischen in unterschiedlichen Stadien ihres Lebenszyklus.

„Wir haben für jede Situation mehrere unterschiedliche Messungen durchgeführt, sodass unsere Datenerfassung wirklich umfassend war“, sagt Kelasidi. „Das Projekt liefert uns einige klare Antworten, nicht zuletzt zu Fragen wie der Frage, was ein Fisch als sicheren Abstand zu einem bestimmten Objekt ansieht“, sagt sie.

„Eine Sache, die uns alle überrascht hat, ist, dass der Zusammenhang zwischen der Größe eines Fisches und der Entfernung, die er von einem außerirdischen Objekt einhält, tatsächlich linear ist“, sagt Kelasidi. „Je kleiner der Fisch, desto geringer ist der Sicherheitsabstand“, sagt sie.

Ein Roboter, der in ein Netzgehege abgesenkt wird, blockiert tatsächlich eine größere Wassermenge, als die Ausrüstung selbst aufnimmt, und der Sicherheitsspielraum, den der Fisch einhält, hat Einfluss darauf, wie eng er bei verschiedenen Roboteroperationen im Gehege wird . Die Ergebnisse dieser Studie werden es den Betreibern von Fischfarmen ermöglichen, die Abstände zu erkennen, die die Fische von den Geräten einhalten, die sie in ihre Gehege absenken.

Fünf Kilo schwere Fische halten beispielsweise einen Abstand von drei Metern ein. In der Praxis bedeutet die Tatsache, dass jüngere, kleinere Fische einen geringeren Sicherheitsabstand einhalten, dass mehr Ausrüstung in ein Gehege mit jungen Fischen abgesenkt werden kann, ohne deren Schwimmmuster und Verhalten zu beeinträchtigen.

Farbe, Größe, Geschwindigkeit und Klang

„Wenn wir wissen, was Fische in Käfigen stört oder negativ beeinflusst, können wir etwas über die technischen Anpassungen sagen, die Gerätehersteller vornehmen sollten“, sagt Kelasidi, der inzwischen mehr darüber herausgefunden hat, wie die Fische reagieren – und was sie übersehen.

Das Forschungsteam baute eine Reihe von Objekten in verschiedenen Formen, Farben und Größen mit dem Ziel, etwaige Variationen in den Reaktionen der Fische zu beobachten und zu quantifizieren. Es stellt sich heraus, dass die Form kaum einen Unterschied macht. Die Fische reagieren in Gegenwart von Zylindern und Würfeln identisch. Allerdings haben sie bei großen Objekten einen größeren Sicherheitsabstand als bei kleineren und halten zu gelben Objekten größere Abstände ein als zu weißen.

Mit anderen Worten: Farbe und Größe haben beide einen Einfluss. Das Gleiche gilt, wie frühere Studien gezeigt haben, für die Geräusche und die Bewegungsgeschwindigkeit außerirdischer Objekte.

„Wir hoffen, dass Technologielieferanten diese Informationen bei der weiteren Entwicklung neuer Geräte nutzen werden“, sagt Kelasidi.

„Für uns Forscher ist es unser Ziel, weiterhin Technologien zu entwickeln, die es autonomen Robotern ermöglichen, ihr Verhalten an die Reaktionen eingepferchter Fische anzupassen, mit dem Ziel, sie so wenig wie möglich zu stören. Wenn die Sensoren eines Roboters erkennen, dass Fische Abstand halten.“ „Wenn sie eine Verhaltensänderung als Reaktion auf einen möglichen Stressreiz erkennen, kann der Roboter beispielsweise seine Geschwindigkeit reduzieren und störungsärmer agieren“, erklärt sie.

Ziel ist es, Robotern die Anpassung zu ermöglichen

„Derzeit wissen wir nicht, ob Fische als Reaktion auf einen Stressreiz von Geräten wegschwimmen oder ob ihr Verhalten mit dem eines spielenden Kindes verglichen werden kann, das vor jemandem davonläuft, der sie verfolgt“, sagt Kelasidi. „Wir müssen das noch genauer erforschen“, sagt sie und fügt hinzu, dass es auf jeden Fall nützlich sei zu wissen, welches Verhalten Fische als Reaktion auf verschiedene Reize zeigen.

Laut Kelasidi können viele Faktoren eine Rolle spielen. Wenn Sie in einem Netzgehege arbeiten und gleichzeitig die Fische auf Abstand halten möchten, ist es hilfreich zu wissen, welche Farben die Fische meiden. Wenn Sie sich den Fischen nähern möchten, um sie zu fotografieren, bietet es sich an, einen Roboter in einer Farbe einzusetzen, die am wenigsten stört.

Derzeit hat das Forschungsteam nur Gelb und Weiß getestet, da dies die Farben sind, die von Ausrüstungslieferanten am häufigsten verwendet werden. In Zukunft möchte das Team untersuchen, wie Fische reagieren, wenn sich ein Roboter dreht oder bewegt, inwieweit Geschwindigkeit eine Rolle spielt und ob es eine Rolle spielt, ob die Bewegung horizontal oder vertikal oder mit oder ohne Licht erfolgt.

Kelasidi betont, dass das primäre Ziel darin besteht, autonome Roboteroperationen mit möglichst geringer Störung durchzuführen.

„Der norwegische Aquakultursektor ist ein Vorreiter beim Einsatz von Technologie, und wir hoffen, mit unserem Know-how dazu beizutragen, dass die Branche ihre Position als weltweiter Marktführer in diesem Bereich weiterhin behaupten kann“, sagt Kelasidi. „Robotertechnologien, die das Wohlergehen der Fische berücksichtigen, werden keinen Einfluss auf die dringendsten Probleme haben, mit denen der Sektor heute konfrontiert ist, aber sie werden den Grundstein für ein besseres Wohlergehen der Fische in der Zukunft legen“, sagt sie.

Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch Aquakultur.