科學家開發機器八目鰻 利用兩個神經系統來實現更強大的性能

據外媒報道,雖然研究人員此前已開發出類似鰻魚的游泳機器人,但它們往往只是簡單地複製其生物對應物的動作。AgnathaX機器八目鰻則不同,它利用模擬的中樞和周圍神經系統來實現更強大的性能。

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受八目鰻啟發,AgnathaX是由瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)、日本東北大學、法國Mines-Télécom Atlantique研究所和加拿大謝布克大學的科學家合作開發的。它的設計是為了探索動物的中樞和周圍神經系統對運動的貢獻方式。

過去,一些科學家推測中樞神經系統(大腦和脊髓)應負主要責任,因為它產生的信號可以有節奏地移動動物的腿、鰭或翅膀。然而,其他人則認為,周圍神經系統(連接身體四肢和大腦的神經)發揮了更大的作用,因為運動的四肢中的神經產生了反饋信號,使節奏持續。

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事實上,兩個神經系統對運動都很重要,AgnathaX已經幫助證明了這一點。該鉸接式機器人由10個相連的部分組成,每個部分都包含一個馬達,扮演着真正的八目鰻肌肉的角色。一個板載的微處理器作為中樞神經系統,依次激活馬達,以產生起伏的游泳運動。位於每個節段兩側的力傳感器模擬外圍神經系統,通過感知水在節段上移動時的壓力大小。在真正的八目鰻中,皮膚中的壓力敏感細胞也起到同樣的作用。

當利用運動跟蹤系統分析機器人在水池中游泳的動作時,研究人員發現,當兩個神經系統一起工作時,機器人的表現最好。也就是說,當科學家們切斷了一些節段之間的通信(模擬脊髓病變),力傳感器提供的反饋仍然足以維持整體的游泳運動模式。當這些傳感器被禁用時,機器人也能夠保持游泳,完全依靠其“大腦”產生的節奏。

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該研究論文的共同作者、EPFL的卡米洛-梅洛博士說:“通過利用中央和外圍組件的組合,機器人可以抵禦更多的神經干擾,並保持高速游泳,而不是只用一種組件的機器人。我們還發現,機器人皮膚中的力傳感器,以及機器人身體和水的物理相互作用,為產生和同步運動所需的有節奏的肌肉活動提供了有用的信號。”

現在,人們希望該團隊的發現能夠導致更強大的機器人–用於搜索和救援或環境監測等應用–甚至改進對人類脊髓損傷的治療。

這篇論文最近發表在《科學機器人》雜誌上。

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上一篇 2021-08-13 09:49
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