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由仿生CPG控制的蛇形机器人

2021-08-17 来源:南昌农业机械网

由仿生CPG控制的蛇形机器人

近年来,越来越多的研究旨在开发受自然界特别是某些动物物种启发的机器人。

波尔多大学和东京大学的一组研究人员在亚特兰蒂斯出版社发表的《机器人,网络与人工生命杂志》上发表的一项研究中,创造了一个类似于蛇的形状和动作的机器人。

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“这项研究的主要目的是开发一种用于生物医学应用的机器人,尤其是脊髓损伤,”进行这项研究的研究人员之一蒂莫西·列维(TimothéeLevi)告诉TechXplore中国机械网okmao.com。“我们想设计一种新的神经假体,用人工神经元代替生物学的神经元。

在我们的机器人中,我们使用了仿生尖刺神经网络进行仿生运动,该行为模仿了蛇在自然界中的行为。”

开发受生物启发的机器人时的主要挑战之一是有效地复制目标动物的运动。在动物中,大多数运动是由中央模式生成(CPG)网络的活动引起的。

本质上,CPG是神经元回路,当激活时,它们会在没有感觉和与时间相关的输入的情况下产生有节奏的运动模式(例如,步行,呼吸,游泳等)。过去,CPG及其对动物运动的影响一直是众多研究的重点。

通常,正在尝试开发类动物机器人的研究人员使用简单的神经元模型或振荡器(不是生物时间标度)来复制CPG,因此被认为是生物启发性系统,而不是仿生系统。但是,这些模型仅提供正弦振动,因此无法如实地再现各种动物运动模式。

研究人员开发的蛇形机器人。在他们的研究中,Levi和他的同事着手开发一种仿生CPG,该仿生CPG使用数字实时神经形态系统可以有效地复制生物学行为。

他们开发的蛇形机器人有两个关键组成部分,一个是大脑,另一个是身体。

“我们的蛇形机器人可以分为两部分,” Levi解释说。“第一个是使用仿生神经网络的大脑。这个神经网络与具有生物物理神经元模型,突触和可塑性的生物学非常接近。

第二个部分是身体,它具有不同的“旅行车”,可以对模型的不同部分进行建模。

脊髓和蛇的片段。该信号是由蛇的大脑产生的,并在控制不同电机的整个身体中传播。”

由Levi和他的同事创建的蛇形机器人由仿生CPG网络实时控制。研究人员表明,他们的系统可以连接到生物神经元,还可以用于模拟不同的假设或针对生物医学应用的方案治疗,例如脊髓损伤和神经修复。

列维说:“在我看来,我们研究的最有意义的方面是,我们努力忠于生物学,并成功地将神经网络嵌入了一个小的电子珠子中。”

“有趣的是,我们创建的机器人是实时工作的,并且具有与自然界相同的规格(运动,可变性,噪音等)。”

将来,Levi和他的同事开发的蛇形机器人可能会在机器人技术和其他领域中具有各种有趣的应用。

例如,它可以用于更好地理解爬虫类动物的行为,或者可以具有多种生物混合机器人技术。

Levi说:“我们现在正计划通过学习规则以及使用不同的传感器,在机器人的大脑中增加更多的智能。”

“此外,我们的长期目标之一是将人工神经元和活神经元相结合,以创建一个生物混合机器人。”