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Active tactile exploration - How specific morphologies and mechanosensory structures lead to functionally useful sensing in both biology and artificial systems

Projektbeschreibung

Von Fruchtfliegen zur intelligenten autonomen Robotertechnik

Das Navigieren in unwegsamem Gelände ist für Tiere ein Leichtes, stellt moderne Roboter jedoch nach wie vor vor eine große Herausforderung. Diese Schwierigkeit liegt darin begründet, dass Bewegungen von Tieren auf „morphologischer Intelligenz“ beruhen, also der nahtlosen Integration des Nervensystems mit den körperlichen Strukturen. Mit Unterstützung durch das Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmenprogramm wird Projekt TACTOR untersuchen, wie Fruchtfliegen mithilfe von Fühlern an ihren Beinen und ihrer Körperform Hindernissen ausweichen. Durch die 3D-Erfassung von Beinbewegungen und die Aktivierung bestimmter Neuronen mittels Licht soll das Projekt aufzeigen, wie biologische Systeme Reaktionen in Echtzeit koordinieren. Darüber hinaus werden die neuronalen Aktivitäten aufgezeichnet und künstliche Sensoren entwickelt, um zu prüfen, wie der Körperbau das Tastempfinden verbessert. Das Ziel von TACTOR besteht darin, die Entwicklung von Sensoren der nächsten Generation nach dem Vorbild der Natur voranzubringen, und damit Fortschritte in den Bereichen autonome Robotertechnik und intelligente Prothesen zu ermöglichen.

Ziel

Navigating over complex and varying terrain is a fundamental challenge that animals tackle with ease, but even state-of-the-art robots struggle to achieve. Reverse-engineering animal sensorimotor control and active tactile sensing can provide crucial insights for designing autonomous robots and smart prosthetics. Unraveling these mechanisms is challenging because neural processing via mechanosensors and body structures (known as morphological intelligence) are tightly coupled. This project will study how animals gather information about the environment through touch, using Drosophila. In particular, it will uncover how leg mechanosensors and leg morphologies work together to enable robust tactile exploration. First, I will identify which leg mechanosensors and segments enable flies to detect and navigate obstacles. By quantifying 3D limb kinematics during obstacle encounters and using optogenetic activation of specific mechanosensory neurons, I will reveal how individual sensors and leg mechanics drive real-time obstacle detection and avoidance. Second, I will elucidate how mechanical interactions are encoded in neuronal activity. By recording population activity of mechanosensory neurons using two-photon calcium imaging during controlled mechanical stimulation, I will uncover how the spatial arrangement and co-activation of leg bristles encode tactile information. Finally, to evaluate how mechanosensor morphologies and arrangement enhance tactile sensing, I will fabricate artificial mechanosensors to systematically compare configurations and reveal how sensor geometry and alignment improve spatial and directional encoding. This project will pioneer a new understanding of how morphological intelligence contributes to environmental sensing and navigation. It will advance our knowledge of sensory encoding in animals and inform the design of bioinspired tactile sensors that go beyond the state of the art in robotics.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Koordinator

ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE
Netto-EU-Beitrag
€ 307 958,88
Adresse
BATIMENT CE 3316 STATION 1
1015 Lausanne
Schweiz
Region
Schweiz/Suisse/Svizzera Région lémanique Vaud
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
Keine Daten