Kaotisk måde at skabe insektlignende gangarter til robotter

Forskere i Japan og Italien omfavner kaos og ikke-lineær fysik for at skabe insektlignende gangarter til bittesmå robotter-komplet med en bevægelsescontroller for at give en hjerne-maskine-grænseflade.

Biologi og fysik er gennemsyret af universelle fænomener, der er fundamentalt funderet i ikke-lineær fysik, og det inspirerede forskernes arbejde.

I journalen Kaos , gruppen beskriver brugen af ​​Rössler-systemet, et system af tre ikke-lineære differentialligninger, som en byggesten til centrale mønstergeneratorer (CPG'er) til at kontrollere gangarten af ​​et robotinsekt.

"De underliggende fænomeners universelle natur gjorde det muligt for os at demonstrere, at bevægelse kan opnås via elementære kombinationer af Rössler-systemer, som repræsenterer en hjørnesten i de kaotiske systemers historie, " sagde Ludovico Minati, fra Tokyo Institute of Technology og University of Trento.

Fænomener relateret til synkronisering gør det muligt for gruppen at oprette meget enkle netværk, der genererer komplekse rytmiske mønstre.

"Disse netværk, CPG'er, er grundlaget for benbevægelse overalt i naturen, " han sagde.

Forskerne startede med et minimalistisk netværk, hvor hver instans er forbundet med et ben. Ændring af gangen eller oprettelse af en ny kan opnås ved blot at foretage små ændringer i koblingen og tilhørende forsinkelser.

Med andre ord, uregelmæssigheder kan tilføjes ved at gøre individuelle systemer eller hele netværket mere kaotisk. For ikke-lineære systemer, en ændring af output er ikke proportional med en ændring af input.

Dette arbejde viser, at Rössler-systemet, ud over sine mange interessante og indviklede egenskaber, "kan også med succes bruges som et substrat til at konstruere en bioinspireret bevægelsesregulator til en insektrobot, " sagde Minati.

Deres controller er bygget med et elektroencefalogram for at muliggøre en hjerne-computer grænseflade.

"Neuroelektrisk aktivitet fra en person registreres, og ikke-lineære koncepter for fasesynkronisering bruges til at udtrække et mønster, "sagde Minati." Dette mønster bruges derefter som et grundlag for at påvirke dynamikken i Rössler -systemerne, som genererer gangmønsteret for insektrobotten."

Forskerne udnytter de grundlæggende ideer om ikke-lineær dynamik to gange.

"Først, vi bruger dem til at afkode biologisk aktivitet, derefter i den modsatte retning for at generere bioinspireret aktivitet, " han sagde.

Hovedimplikationen af ​​dette arbejde er, at det "demonstrerer generaliteten af ​​ikke -lineære dynamiske begreber som Rössler -systemets evne, som ofte studeres i et abstrakt scenarie, " sagde Minati, "men bruges her som grundlag for at generere biologisk plausible mønstre."