机器猫可以教会我们真正的动物是如何运动的

由米克dijkstra,边疆科学作家/ 万博亚洲体育Toyoaki Tanikawa,机械工程系大阪大学

图片:alesiakan / shutterstock.com

在机器人学的年轻学科,机器人替代实验动物,允许研究人员在更广泛的条件下学习动物,而不是在自然或实验室中存在

这种稳定而又优雅的方式背后的秘密是什么移动?这是最近的主题学习万博亚洲体育神经毒性学中的边界由大阪大学的科学家建造了一个小说,47厘米长和7.6公里的机器人猫。基于以前的真实猫步态的研究,作者推断着猫的时尚运动的关键必须位于先前未知的反射电路中,他们称之为“臀部和膝关节伸肌之间的互惠兴奋回路”。

根据其假设,该反射电路具有两个基本特征。首先是猫的脚踝伸肌肌肉的机械卸载,这会提示从姿势到摆动阶段的过渡。第二个是髋关节内的肌肉运动,从而从摆动到姿势开始下一次过渡。

对机器猫的反复试验表明,他们的假设是正确的:即使没有中枢模式发生器这是大多数移动机器人的关键特征,这种新颖的反射电路模仿真猫的动作,让“机器猫”有了稳定的步态。

这项研究的第一作者Toyoaki Tanikawa是来自日本的年轻机器人。从工业和系统工程的高级课程毕业后国家工业大学 - 卡瓦瓦学院2019年初,Tanikawa进入了大阪大学的理学硕士项目机械工程系过去两年,他一直在美国研究步行机器人。

在这里,他解释了是什么让他第一次进入机器人领域,以及他和他的导师是如何成为助理教授的此外Youichi和教授Ishikawa Masato.开发了新的“机器人猫”,以及机器人技术和生物学之间的相互启发和知识交流如何使两个领域都受益。

Toyoaki Tanikawa

因为开放获取和共享研究是万博亚洲体育前沿的使命,我们希望为研究人员提供表达自己的声音以及他们的研究,而他们的研究比他们将在出版学术界方面的创造力和自由。

如果你最近在《前沿》杂志上发表了一篇论文,并且认为你有一个很棒的故事要讲,那么就给他发一封万博亚洲体育电子邮件吧press@万博亚洲体育frontiersin.org与“边界科学家”和你的名字在主题行中。

什么激励你成为一名研究人员?你有任何特定的记忆,掀起了火花吗?

让我决定做研究是机器人竞争,称为RoboCon,在我的上学日。当我还是学生Kagawa Tech,我是参加那个比赛的一个团队的成员。我为一些竞赛机器人开发了电路和软件,并体验到机器人的性能会因其控制方式的不同而发生很大的变化。

从那时起,我一直对什么样的控制有兴趣最大化机器人的性能。出于这个原因,在我的课程中,我对由可以在各种环境中自适应移动的动物的控制进行了研究。

你能告诉我们你目前正在努力的研究吗?

我们专注于了解通过发展的动物运动机制四足机器人可以再现动物的神经肌肉动力学。

机器人中的动物的再现控制结构有两个目的。首先,为众所周知的生物学启动机器人领域有助于,其中机器人的结构类似于动物的结构。我们希望我们的结果将导致基本的新技术,实现有效,灵活地像动物的机器人。

其次,作为回报,我们的目标是对生物学做出贡献。目前,使用真实动物进行的实验受到严格的控制和限制,这使得研究活动动物的内部活动变得困难。在受机器人启发的生物学这一年轻研究领域,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,研究人员可能能够在更广泛的实验条件下研究动物机制。

“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调查动物机制

Toyoaki Tanikawa

在您看来,为什么您的研究很重要?

首先,如上所述,在我们的新研究中,我们致力于发展新的科学方法,利用机器人来繁殖和理解四足动物。另一个重要的结果是我们提供了一个新的假设运动机制猫。

通过探索可能导致步行四级机器人的反射电路,我们到达了一个简单的新闻反射电路,我们已经命名为“臀部和膝关节伸肌之间的互惠兴奋回路”。通过简单地复制每条腿上的交互回路,机器人产生了稳定的行走动作。我们还表明,当交互回路被切断时,机器人的步态会变得不稳定,而交互兴奋回路会产生一种已知发生在猫身上的现象,叫做“站立阶段的延长”。这表明,互惠兴奋回路是猫神经回路的重要组成部分。

关于这个研究领域有什么常见的误解吗?你会如何解决它们?

机器人技术通常被认为是一种只用于制造更好机器人的技术。然而,如果以不同的方式使用,机器人可以成为一个非常有用的科学工具,用于复制和理解具有复杂交互作用的动力系统,比如动物。当然,并不是所有在机器人身上发现的现象都能在动物身上观察到,但通过在机器人身上发现的现象为生物学提供新的假设,可以加快发现新现象的周期。

在未来的几年里,你希望看到哪些研究领域得到解决?

我毕业于这个春天的硕士课程,并在一家公司工作。如果我将来有机会完成我的研究,我想在机器人的运动控制上工作,这是我们的结果进一步发展。

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提交给开放存取期刊的论文很少有版权问题。因此,我可以通过图片、视频等多种方式向公众宣传我的研究成果。此外,由于我将于今年春天离开大学,能够免费阅读学术论文将是一个很大的优势。

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