机器人猫可以教我们真正的动物如何移动

前沿科学作家米莎·迪杰斯特拉/谷川丰昭雷竞技rebat机械工程系大阪大学

图片:AlesiaKan / Shutterstock.com

在受机器人启发的生物学这一年轻学科中,机器人取代了实验动物,使研究人员能够在比自然界或实验室更广泛的条件下了解动物

稳定但哦 - 如此优雅的方式背后的秘密是什么搬家吗?这是最近的话题研究雷竞技rebatNeurorobotics前沿日本大阪大学的科学家日前研制出了一只身长47厘米、重7.6公斤的新型机器猫。基于之前对真正家猫步态的研究,作者推断,猫如此圆滑的运动,其关键在于一种未知的反射回路,他们称之为“反射回路”。髋关节和膝关节伸肌之间的相互兴奋回路“。

根据他们的假设,这个反射电路有两个基本特征。第一个是猫踝关节伸肌的机械卸载,这促使猫从站立阶段过渡到摇摆阶段。第二个是髋关节内的肌肉运动,它开始了下一个过渡,从摆动到站立。

对他们的机器猫进行的反复试验表明,他们的假设是正确的:即使没有中央图案生成器这是一个大多数移动机器人的关键特征,新的反射电路对“Robocat”产生了稳定的步态,模仿真实猫的运动。

该研究的第一作者谷川丰明(Toyoaki Tanikawa)是一位来自日本的年轻机器人专家。从工业和系统工程高级课程毕业后国立技术学院香川学院在2019年初,Tanikawa在大阪大学进入了MSC计划机械工程系,他在过去的两年里对行走机器人进行了研究。

在这里,他解释了首次将他带到机器人领域,以及他和他的监事助理教授Masuda Youichi.和教授石川Masato开发了新的“Robocat”,以及机器人和生物学之间的相互灵感和交流如何使两个领域受益。

Toyoaki Tanikawa.

因为开放访问和共享研究是一部分雷竞技rebat前沿的使命,我们希望给予研究人员表达自己和他们的研究的声音,与他们发表学术论文相比,有更多的创造力和自由。

如果您最近用边界发布了您的论文并相信您有一个伟大的故事来告诉,然后发送电子邮件雷竞技rebatpress@雷竞技rebatfrontiersin.org.在标题栏写上“前沿科学家”和你的名字。

是什么激发你成为一名研究员?你有什么特别的记忆引起了火花吗?

让我决定做这项研究的是机器人比赛,名字叫robocon.在我学生时代。我还是个学生的时候Kagawa科技,我是参加该竞争的团队的成员。我开发了一些竞争机器人的电路和软件,并且经历了机器人的性能可能取决于其控制。

从那时起,我一直对什么样的控制方式可以使机器人的性能最大化感兴趣。因此,在我的硕士课程中,我对能够在各种环境中适应移动的动物进行了控制的研究。

你能告诉我们你目前正在进行的研究吗?

我们专注于通过发展来理解动物运动的机制四足机器人可以复制动物的神经肌肉动力学。

在机器人中复制动物的控制结构有两个目的。首先,为著名的仿生机器人领域做出贡献,机器人的结构与动物相似。我们希望,我们的研究成果将为实现像动物一样高效灵活移动的机器人带来基础性的新技术。

其次,我们的目标是有助于生物学回报。目前,使用真实动物的实验严格控制和限制,使得难以研究生活,移动动物的内在工作。在机器人启发生物学的年轻研究领域中,研究人员正试图通过使用机器人而不是实验动物来了解动物。在未来,随着越来越多的机器人取代实验动物,研究人员可以在更广泛的实验条件下调查动物机制。

“在未来,随着越来越多的机器人取代实验动物,研究人员可能能够在更广泛的实验条件下研究动物机制。”

Toyoaki Tanikawa.

在你看来,为什么你的研究很重要?

首先,在我们的新研究中,我们有助于开发新颖的科学方法,以使用机器人重现和理解四足四峰,如上所述。另一个重要结果是我们为此提供了一个新的假设机器机制的猫。

通过探索反射电路,我们发现了一种简单的新型反射电路,我们将其命名为“髋关节和膝关节伸肌之间的相互兴奋回路'。通过简单地再现每条腿中的倒数电路,机器人产生了稳定的行走运动。我们还表明,当互易电路被切断时,机器人的步态变得不稳定,并且互惠兴奋回路产生了已知在猫中发生的现象,称为“立体阶段的延长'。这表明互惠兴奋性电路是猫神经回路的重要组成部分。

关于这一研究领域有什么普遍的误解吗?你会如何解决这些问题?

机器人经常被认为是一种仅用于建立更好机器人的技术。然而,如果以不同的方式使用,机器人可以是一种非常有用的科学工具,用于再现和了解具有复杂相互作用的动态系统,例如动物。当然,不是机器人中发现的所有现象都将在动物中观察到,但是通过根据机器人的发现向生物学提供新的假设来加速发现新现象的循环。

在未来的几年里,您希望看到一些研究领域是什么?

我今年春天从硕士课程毕业,在一家公司找到了一份工作。如果我将来有机会做我的研究,我想从事机器人运动控制方面的工作,这是我们研究成果的进一步发展。

开放科学是如何使您的研究惠及范围和影响的?

提交给开放访问期刊的论文有更少的版权问题。雷竞技电竞体育竞猜平台因此,我可以使用诸如图像和视频的各种手段,以向公众宣传研究结果。此外,由于我将在今年春天离开大学,因此可以免费阅读学术论文将是一个很大的优势。

请阅读Tanikawa等人的研究雷竞技rebatNeurorobotics前沿:伸肌间的相互兴奋反射再现行走猫的站立相位延长:对机器人平台的分析

如果您最近与前沿发布了您的研究并相信您有一个故事来告诉,那么您可能会作为我们新的前沿科学家系列的一部雷竞技rebat分。发送与主题行“Frontier Scients”的电子邮件以及您的名字press@雷竞技rebatfrontiersin.org.以及关于您最近的研究的细节。