De woestijnmier leeft in een wereld van louter zand. Er zijn geen vegetaties of rotsformaties om zich op te oriënteren. Biologen vroegen zich af hoe de mier de weg naar zijn nest terugvindt.

Dit raadsel is opgelost met behulp van een robotmodel van de woestijnmier. De robotmier is overigens veel groter dan de echte woestijnmier. Het is een gevaarte van tweeënveertig centimeter hoog met een stalen borstkas van acht kilo. Hij lijkt meer op een soort speelgoedwagentje dan op een insect. De robotmier is uitgerust met een 133 megahertz processor. De robotmier is losgelaten in de woestijn. Het ‘beestje’ liep een rondje van honderd meter en kwam weer terug op zijn uitgangspositie. De robot maakte gebruik van de polarisatierichting van het zonlicht. Dat was ook de hypothese van de onderzoekers.

Robotmodellen

Sommige biologen en psychologen menen dat je theorieën over gedrag het beste kunt testen met behulp van een model. Ze laten een dier nabouwen en rusten het robotmodel uit met allerlei apparatuur waarmee ze hun theorieën willen testen. Vervolgens bekijken ze of het ‘kunstdier’ volgens verwachting werkt. Deze robots heten ‘biobots’.

Er zijn slechts enkele onderzoekers in de wereld bezig met het bouwen van biobots. Ze bouwen robotmieren, robotkrekels en robotvissen en af en toe een menselijke robot. De biobots dienen als proefmodel voor het onderzoek naar krachten achter menselijk en dierlijk gedrag.

De ‘biobotbenadering’

Al in 1991 zochten de onderzoekers een geschikt beestje om als robot na te bouwen. Ze wilden daarmee nagaan of de biobotmethode geschikt was voor gedragsonderzoek.

De krekel heeft een heel eenvoudig zenuwstelsel en zijn gedragspatronen zijn ook niet ingewikkeld. Een krekelvrouwtje vindt een krekelmannetje doordat ze door zijn gezang wordt aangelokt. Hoe dat gebeurt is niet precies bekend. Het traditionele gedragsonderzoek naar de wijze waarop de vrouwtjes het gezang oppikken is arbeidsintensief en moeilijk. Bij het onderzoek moet het krekelvrouwtje honderden liedjes horen terwijl ze in een tredmolen rondloopt. Door het rondlopen in de tredmolen blijft de krekel op dezelfde plaats. Op deze manier kan de onderzoeker de activiteit van de zenuwcellen meten. Dat is ontzettend lastig. Daarom hebben ze stapje voor stapje een krekel nagebouwd. Net zolang tot ze een perfecte nabootsing van een levende krekel hadden. Deze ‘cybercricket’ (cricket=krekel) herkent intussen even goed als zijn natuurlijke soortgenoten de zang van de krekelmannetjes. Feilloos gaat de cybercricket op de mannetjes af. De biobotmethode bleek dus geschikt om gedrag te onderzoeken.

Weinig zenuwcellen

Voor dit gedrag heeft het robotkrekeltje maar weinig zenuwcellen nodig. Met slechts vier zenuwcellen kan de robotkrekel al het liefdesliedje herkennen en de richting van het geluid bepalen. Volgens de tot dan toe heersende theorie zijn er voor het herkennen en het lokaliseren van het mannetje ingewikkelde herkennings- en lokalisatiesystemen in de hersenen nodig: dus veel meer dan vier zenuwcellen. Van die theorie is weinig meer over.

Ook bij de woestijnmierrobot waren er verrassende ontdekkingen. De echte woestijnmier heeft in zijn oog een speciale receptor om de polarisatie van het licht waar te nemen. Met behulp van deze informatie kan de woestijnmier zich oriënteren. De polarisatierichting van het blauwe deel van het zonlicht is afhankelijk van de positie van de zon. Het werkt als een soort kompas. Volgens de onderzoekers kon de woestijnmier met behulp van één gespecialiseerde, oogzenuwcel, verbonden aan een polarisatiereceptor, bepalen in welke richting de evenaar ligt. Door langzaam rondjes te draaien krijgt de woestijnmier de informatie over de plaats van de evenaar binnen. Een robotmier met een polarisatiereceptor en één zenuwcel kon zich niet oriënteren. Het ‘diertje’ raakt keer op keer de weg kwijt.

Aan de polarisatiereceptor van de woestijnmier zitten drie zenuwcellen in plaats van één. Elke zenuwcel is gevoelig voor licht in een bepaalde richting. Totnogtoe was de functie van die drie cellen niet bekend. Toen de woenstijnmierrobot extra ’zenuwcellen kreeg werd het richtingsgevoel plotseling beter.

Kunstmatige intelligentie

Ook psychologen werken met robots voor hun onderzoek. De directeur van het Masachusetts Institute of Technology, een laboratorium voor kunstmatige intelligentie, werkt als sinds eind jaren tachtig met robotinsecten en menselijke robots. De menselijke robots Herbert en Allan sporen op eigen houtje in het lab rondslingerende colablikjes op.

En dan is er ‘Cog’. Deze robot heeft het model van het bovenlichaam van de mens, met zeer geavanceerde ogen en een flexibele motoriek, die lijkt op die van het menselijk lichaam. Met Cog testen ze inzichten over menselijk gedrag en denken. Bij een ingewikkelde beweging zoals iets van de tafel pakken hoeven de hersenen niet precies de baan van de beweging te berekenen. Mensen kunnen bij het pakken gewoon gebruik maken van de slingerbeweging die de arm kan maken. Met behulp van Cog is ook ontdekt dat de ontwikkeling van de motoriek van een baby gelijk op gaat met hun waarnemingsvermogen. Als baby’s heel jong zijn zien ze alleen nog maar contouren; hun beweging zijn dan ook nog vrij ongecontroleerd. Cog kan nu ballen vangen en teruggooien. Zo kan hij allerlei balspelletjes uitvoeren. Ouders reageren altijd op dezelfde manier op de gezichtsuitdrukking van hun kind. Ze geven het afhankelijk van de gezichtsuitdrukking meer of minder aandacht of troost. Om dit uit te zoeken leerde Cog eenentwintig gezichtsuitdrukkingen. Hij maakt gebruik van deze kennis om de omgang met mensen gezellig te houden.

Nog niet overtuigend

Voorlopig speelt het onderzoek naar biobots binnen de ethologie (=gedragsleer) nog geen belangrijke rol. Bij het robotonderzoek duren de projecten tien keer zo lang. Veel te tijdrovend voor iemand die voor een promotieonderzoek maar vier jaar krijgt. Ook kost het robotonderzoek verschrikkelijk veel geld. Bovendien worden de computermodellen voor levende wezens steeds beter. Voor het onderzoek naar het zien zijn computersimulaties heel goed. Bij het onderzoek naar ruiken en horen zijn sensoren voorlopig het enige alternatief. Er is op dit moment dus nog wel werk voor de ‘cybercricket’.

Dit artikel is eerder verschenen in nummer 3 uit de jaargang 2003 van het blad Archimedes.