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Die Navigation erfordert zwei Komponenten: die Erstellung und Pflege einer Karte der Umgebung (kognitive Karte) und die Schätzung der eigenen Position innerhalb dieser Karte (Lokalisierung). Säugetiere verfügen über ein neurobiologisches Navigationssystem, das auf Ortszellen (Hippocampus), Gitterzellen (entorhinaler Kortex) und Kopfrichtungszellen (Subiculum) basiert.

Die Pfadintegration berechnet die Position durch Akkumulieren von Verschiebungen: x(t) = x + v·cos()dt. Der akkumulierte Fehler wächst mit t^(3/2) für Geschwindigkeitsrauschen: Ohne externe Korrektur (Landmarken) ist das Tier verloren. Insekten (Wüstenameisen, Cataglyphis) nutzen die Pfadintegration mit überraschender Präzision, um aus Entfernungen von Hunderten von Metern zum Nest zurückzukehren.

Hippocampus-Ortszellen werden aktiviert, wenn sich das Tier in einer bestimmten Region der Umgebung befindet: Ihr Aktivierungsfeld ist ungefähr Gaußsch mit _Ort 15150 cm bei Ratten. Die Menge aller Ortszellen (Ortskarte) bildet eine verteilte Darstellung des Raumes. Gitterzellen haben hexagonal periodische Aktivierungsfelder: Sie fungieren als metrisches Koordinatensystem des Raumes.

SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) ist das Problem der gleichzeitigen Erstellung einer Karte und der Lokalisierung des Roboters unter Verwendung unsicherer Orientierungspunktbeobachtungen. Die EKF-SLAM-Lösung behält die Gaußsche Verteilung des Gelenkzustands (Roboterposition + Orientierungspunktposition) bei und aktualisiert sie sequentiell bei jeder Beobachtung. Biologisch gesehen führt der Hippocampus einen analogen Prozess durch.

Die metabolischen Kosten der Fortbewegung steigen mit der Geschwindigkeit: Bei niedrigen Geschwindigkeiten gibt es feste Kosten (Unterstützung des Körpers), und die Gesamtkosten betragen ungefähr quadratisch in v für das Laufen. Dadurch entsteht ein evolutionärer Anreiz für eine optimale Fortbewegungsgeschwindigkeit, der die Kosten pro Distanz (nicht Zeit) minimiert. Diese optimale Geschwindigkeit entspricht der bevorzugten Gangart, die bei den meisten Tieren beobachtet wird.

>Modell

ID:('ky', 588)

Beschreibung

ID:(0, 588)