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混沌物理方法引导研究人员为机器人提供昆虫般的步态
2021年06月17日    阅读量:2621    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

日本和意大利的研究人员正在拥抱混沌和非线性物理学,为微型机器人创造昆虫般的步态——配有运动控制器以提供脑机接口。生物学和物理学中充斥着以非线性物理学为基础的普遍现象,它激发了研究人员的工作。


在 来自 AIP Publishing 的Chaos期刊中,该小组描述了使用 R?ssler 系统(一个由三个非线性微分方程组成的系统)作为中央模式生成器 (CPG) 的构建块来控制机器昆虫的步态中国机械网okmao.com


东京工业大学和特伦托大学的 Ludovico Minati 说:“潜在现象的普遍性质使我们能够证明,可以通过 R?ssler 系统的基本组合来实现运动,这代表了混沌系统历史的基石。”


混沌物理方法引导研究人员为机器人提供昆虫般的步态 中国机械网,okmao.com


与同步相关的现象允许团队创建非常简单的网络,从而生成复杂的节奏模式。


“这些网络,CPG,是自然界中无处不在的腿运动的基础,”他说。


物理学始于微小的变化

研究人员从一个极简网络开始,其中每个实例都与一条腿相关联。改变步态或创建新步态可以通过简单地对耦合和相关延迟进行小的更改来实现。


换句话说,可以通过使单个系统或整个网络更加混乱来增加不规则性。对于非线性系统,输出的变化与输入的变化不成正比。


这项工作表明,除了许多有趣和复杂的特性之外,R?ssler 系统“还可以成功地用作构建昆虫机器人仿生运动控制器的基板,”Minati 说。


通过脑机接口实现控制

他们的控制器是用脑电图构建的,以实现脑机接口。


物理脑机接口

实时 EEG 控制实验的实验设置和数据流。资料来源:美国物理学会


“一个人的神经电活动被记录下来,相位同步的非线性概念被用来提取一个模式,”Minati 说。“然后将此模式用作影响 R?ssler 系统动力学的基础,从而为昆虫机器人生成行走模式。”


研究人员两次利用非线性动力学的基本思想。


“首先,我们使用它们来解码生物活动,然后在相反的方向产生生物启发的活动,”他说。


Minati 说,这项工作的关键含义是它“展示了非线性动态概念的一般性,例如 R?ssler 系统的能力,这通常在抽象场景中进行研究,”Minati 说,“但在这里用作生成生物学的基础合理的模式。”


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