Roboter, die mit Fischen kommunizieren: Untersuchung der Rolle elektrischer Signale und Bewegungsmustern nach Episoden gegenseitiger Aufmerksamkeit bei schwach elektrischen Fischen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard von der Emde; Professor Dr. Tim Landgraf
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437554957

In sozialen Gruppen müssen Tiere interagieren um zusammen zu bleiben und sich gemeinsam zu bewegen. Eine grundlegende verhaltensbiologische Frage ist, welche Regeln sozialer Interaktion in Tiergruppen gelten und die Gruppenmitglieder dazu bringen, sich koordiniert zu bewegen und gemeinsame Entscheidungen zu treffen. In Fischschwärmen interagieren Individuen über verschiedene Sinneskanäle, z.B. visuell oder hydrodynamisch. In früheren Studien konnten wir zeigen, dass schwach-elektrische Mormyriden fast ausschließlich ihren elektrischen Sinn für Gruppenkohärenz nutzen. Die Fische senden und empfangen elektrische Signale, die sie zur Elektro-Kommunikation mit Artgenossen einsetzen. Hierdurch können sie Artgenossen innerhalb der Gruppe lokalisieren und mit ihnen interagieren, und akzeptieren sogar eine künstliche, körperlose Signalquelle als Kommunikationspartner. Neben kontextspezifischen elektrischen Signalmustern finden sich häufig Episoden mit interaktiven elektrischen Mustern, indem zwei Fische ihre Signalfolgen synchronisieren. Bisher ist jedoch unbekannt, welche Informationen hierbei ausgetauscht werden, was die Signale bedeuten und welches Verhalten sie hervorrufen.In diesem Projekt wollen wir die grundlegenden Prozesse untersuchen, die soziale Interaktionen in Gruppen elektrischer Fische auslösen, indem wir einen biomimetischen Fischroboter entwickeln, der als Kommunikationspartner dient. Durch den Einsatz eines vollständig interaktiven Roboters, der sowohl elektrisch als auch motorisch im geschlossenen Feedback arbeitet, erhalten wir Kontrolle über die sozialen Signale, die wir in das System einbringen. Eines unserer Hauptziele ist zu verstehen, warum zwei Gruppenmitglieder ihre Signale synchronisieren, wenn sie sich begegnen. Wir vermuten, dass es sich um eine Strategie handelt, um ein anderes Individuum zu adressieren und "soziale Aufmerksamkeit" zu provozieren, d.h. ein Mittel um einen exklusiven Kommunikationskanal zu öffnen. Mit einem interaktiven Roboter, der gegenseitige Synchronisationsepisoden zwischen Fisch und Roboter etablieren und aufrechterhalten kann, können wir den Einfluss der daraus resultierenden motorischen und elektrischen Wechselwirkungen auf das Verhalten der Fische untersuchen. Das Roboterverhalten wird auf einer Analyse des Post-Sync-Verhaltens in reinen Fischgruppen basieren, bei der wir das Fischverhalten während und unmittelbar nach einer Synchronisation untersuchen um abzuschätzen wie Information zwischen den Individuen übertragen wird. Durch Versuche in Fisch-Roboter-Gruppen werden wir Unterschiede zwischen vollständig interaktivem Roboterverhalten und Verhalten, bei dem entweder die elektrische oder die motorische interaktive Komponente fehlt, aufzeigen. Die Wirksamkeit des Roboters wird durch moderne statistische Methoden zur Quantifizierung des Informationstransfers zwischen Individuen bewertet. Hierbei sollen Verhaltensänderungen auf der Ebene des Individuums und der Gruppe betrachtet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen