Исследование морского слизняка

При разработке новых роботов инженеры часто обращаются за природой для вдохновения. Они основывают своих роботов на дизайне и поведении змей, рыб, людей и многого другого, таких как морские слизняки, чье поведение кормления было изучено в недавних исследованиях биогибридной и органической робототехники Университета Карнеги-Меллона под руководством Вики Вебстер-Вуд, доцента по машиностроению.

Исследователи изучают этих маленьких морских существ (научно названная Aplysia Californica), чтобы лучше понять, как их нервная система взаимодействует с их мышцами, когда они кормятся, особенно когда они кусают близлежащую пищу, глотают эту пищу или отвергают эту пищу, выплюнув ее. Исследователи надеются использовать эти идеи, чтобы помочь им проектировать мягкие роботы без жестких частей.

В некоторых из их последних исследований, опубликовано в журнале Биологическая кибернетикаисследователи изучили, как эти поведение кормления генерируются и как они возникают из анатомии слизняков.

Они создали компьютерную модель слизняка и стремились имитировать то, что они наблюдали у животных. Предыдущие модели использовали одномерные структуры, такие как массы на пружинах, для приближения мышца Движения, но в этом проекте использовались двумерные структуры, чтобы лучше отражать, как формы мышц изменились в ходе поведения.

“Мы стараемся найти ключевые достопримечательности в буйной массе [mouth] Там, где мы знаем, как эти позиции движутся и изменяют форму во время поведения »,-объяснил Майкл Беннингтон, студент доктора философии в лаборатории Вебстера-Вуда и первого автора на газете.

«Вместо того, чтобы изображать рот в одном измерении, компьютерная модель использует прямоугольник, расположенный в форме одной из мышц, и мы знаем, где находятся четыре угла этого прямоугольника. Дополнительные мышцы могут взаимосвязать в этих точках».

Этот более подробный подход позволил исследователям получить большую степень свободы, что, в свою очередь, позволило им лучше отражать, как мышцы движутся на протяжении всего поведения.

«Мы движемся к лучшему захвату механики системы», – сказал Беннингтон.

В своих результатах они также нашли несколько новых способов улучшить свои модели. Есть две части в щечной массе слизняка: просвет, или открывается в челюсти слизняка, и Граспер, который хватает пищу через просвет, а затем отказывается от глотания. («Если вы когда -нибудь видели фильм« Чужой », это немного похоже на устье этого существа», – сказал Беннингтон.) Структура, называемая шарниром, соединяет эти две части, позволяя Граспер вращаться в рамках массы щека.

Несмотря на свое название, шарнир не похож на шарнир двери, но представляет собой трехмерную структуру, которая закреплена в нескольких точках-в течение всего, как будто дверь шарнила с трех сторон вместо одного. Исследователи обнаружили, что их текущая двумерная модель не адекватно захватывает функцию шарнира, поэтому продвигаясь вперед, они сосредоточится на лучшем моделировании шарнира, чтобы захватить трехмерную механику системы.

Лаборатория Вебстера-Вуда фокусируется на исследованиях с участием Мягкая робототехникабиогибридная робототехника и биологическая робототехника. Группа, известная как Biohybrid и Cmu Biohybrid и Organic Robots Group (BORG), направлена на использование роботов, чтобы помочь нам лучше понять биологические системы и использовать биологические органические материалы для построения более адаптируемых и устойчивых мягких роботов. Системы мягкого тела могут быть трудно контролировать из-за их гораздо большей степени свободы, чем жесткие системы, но исследователи знают, что они приближаются к ограничениям инструментов, разработанных для жестких систем.

Этот проект был не их первые с участием слизняков; Они опубликовали несколько статей, основанных на понимании A. californica, включая создание механического робота для моделирования поведения слизней, называемых СлугботПолем

Беннингтон также участвовал в развитии Slugbot, как он начал работать с слизняками. «Одна из крутых вещей в этой лаборатории – мы не просто используем вычислительные и математические модели, чтобы что -то описать, но и мы стараемся использовать и физические модели», – сказал он.

Крепкие слизняки являются идеальным модельным организмом для этих проектов, потому что они генерируют интересное поведение с относительно небольшим количеством нейронов и мышц; Только около дюжины мышц и 4000 нейронов участвуют в кормлении. (Для справки, согласно некоторым оценкам, мозг человека содержат 86 миллиардов нейронов.)

По мере того, как технологии мягкой робототехники улучшатся, эти идеи помогут исследователям имитировать и узнать о других системах мягкого тела.