越來越多的研究旨在開發(fā)受自然界啟發(fā)的機器人

近年來，越來越多的研究旨在開發(fā)受自然界啟發(fā)的機器人，特別是某些動物物種。在亞特蘭蒂斯出版社出版的“機器人，網(wǎng)絡和人工生命雜志”上發(fā)表的一項研究中，波爾多大學和東京大學的一組研究人員創(chuàng)造了一種類似于蛇形狀和動作的機器人。

“這項研究的主要目的是開發(fā)一種用于生物醫(yī)學應用的機器人，尤其是脊髓損傷，”進行這項研究的研究人員TimothéeLevi告訴TechXplore。“我們想設計新的神經(jīng)修復體，其中人工神經(jīng)元可以取代生物神經(jīng)元。在我們的機器人中，我們使用仿生尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡進行仿生運動，再現(xiàn)了蛇在自然界中所具有的相同行為。”

開發(fā)生物啟發(fā)機器人的關鍵挑戰(zhàn)之一是有效地再現(xiàn)感興趣的動物的運動。在動物中，大多數(shù)運動是由中央模式生成(CPG)網(wǎng)絡的活動產(chǎn)生的。

基本上，CPG是神經(jīng)元電路，當激活時，可以在沒有感覺和時間相關輸入的情況下產(chǎn)生節(jié)律性運動模式(例如，步行，呼吸，游泳等)。過去，CPG及其對動物運動的影響一直是大量研究的焦點。

一般來說，正在嘗試開發(fā)動物類機器人的研究人員使用簡單的神經(jīng)元模型或振蕩器來復制CPG，這些模型不是生物時間尺度，因此被認為是生物激勵系統(tǒng)而不是生物模擬系統(tǒng)。然而，這些模型僅提供正弦振蕩，因此不能忠實地再現(xiàn)各種動物運動模式。

在他們的研究中，Levi和他的同事開始使用數(shù)字實時神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)開發(fā)可以有效復制生物行為的仿生CPG。他們開發(fā)的蛇機??器人有兩個關鍵部件，一個用作大腦，另一個用作身體。

“我們的蛇形機器人可分為兩部分，”Levi解釋道。“第一個是它的大腦，使用仿生神經(jīng)網(wǎng)絡。這個神經(jīng)網(wǎng)絡非常接近生物學與生物物理神經(jīng)元模型，突觸和可塑性。第二部分是身體，它有不同的”貨車“模型的不同部分脊髓和蛇的部分。信號由蛇腦產(chǎn)生，并在控制不同馬達的所有身體中傳播。“

由Levi和他的同事創(chuàng)建的蛇機器人由仿生CPG網(wǎng)絡實時控制。研究人員表明，他們的系統(tǒng)可以連接到生物神經(jīng)元，也可以用來模擬生物醫(yī)學應用的不同假設或方案治療，如脊髓損傷和神經(jīng)修復術。

“在我看來，我們研究中最有意義的方面是我們試圖忠實于生物學并成功地將神經(jīng)網(wǎng)絡嵌入到一個小電子珠中，”Levi說。“有趣的是，我們創(chuàng)造的機器人是實時工作的，并且具有與自然界相同的規(guī)格(運動時期，可變性，噪音等)。”

未來，Levi及其同事開發(fā)的蛇形機器人可以在機器人和其他領域有各種有趣的應用。例如，它可以用于更好地理解爬行動物的行為，或者它可以具有多個生物混合機器人應用。

“我們現(xiàn)在正計劃通過學習規(guī)則在機器人大腦中添加更多智能，以及使用不同的傳感器，”Levi說。“此外，我們的長期目標之一是將人工神經(jīng)元和活神經(jīng)元結合起來，創(chuàng)建一個生物混合機器人。”