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章鱼触手或成为柔性机器人的设计原型
日期:2009-9-29 8:45:11 点击:
来源:中华工控网
作者: 未知
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    虽然让八条不同的触手协调动作,对章鱼的大脑而言,似乎是一项很需要技巧的活儿,但真正的困难在于如何控制触手那些柔韧的、变化无穷的动作。如今,研究人员已经部分地解开了其中的奥秘。
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  跟我们人类不同,章鱼运动皮层的特定区域并不对应身体的特定部位。相反,每个区域在不同时间控制不同部位。它们的运动神经网络好像跟它们的身体一样是柔性的----这个现象扩展了神经生理学的范畴,或许还可以用来改进柔性臂机器人的设计。
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  耶路撒冷希伯来大学的神经生物学家Benny Hochner,在本周四出版的《当代生物学》(Current Biology)杂志上发表了这项研究。他说:“我们认为,因为章鱼身体的复杂性及其可变性,它为控制系统的组织提供了一条新途径。这是我们在这项研究中取得的新发现。”
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  “它适合于具有比我们人体多许多自由度的结构体;人体是围绕分段的骨架构成的,没多少自由度。”
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   Hochner集中精力研究章鱼如何控制其触手,已有十多年了。在早先的研究中,他帮助证明了貌似复杂的运动,实际上是一个个简单运动的合成。Hochner还发现,许多运动受外围神经控制,而不是受大脑控制,好像每条触手都有自己的脊髓一样。
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   章鱼大脑发出一条一般性的指令,触手计算出具体的信号:这比大脑自己完成所有的计算要简单许多。机器人专家对这一切特别感兴趣,因为他们想制造带柔性附属肢体的机器----这种机器非常适合在灾难现场进行搜救工作,或在体内蜿蜒穿行完成外科手术。
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   Hochner说:“基本思想就是,从生物学那里获得灵感,解决如何在柔性结构中产生运动,以及如何用神经系统控制它的问题。”
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  Hochner的团队在最近的研究中,将导线插入章鱼大脑,通上电流,测量产生的运动,然后再解剖这些动物,查看电极刺激的究竟是什么部位。
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  他们发现了另一种模块化的高效设计:每个位置被证明能在不同的触手处产生不同的运动,随着电流强度的增加,运动也变得更复杂。而人体的大多数部位都只受一个不变的位置的控制。
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  Hochner说:“这些网络相互嵌套。根据刺激,他们重新对系统进行了建模。结果具有更强的动态性,而组织并不严密。”
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  Hochner推测,章鱼身体的其他地方(也许在每条触手的根部)储存着另外一些神经程序,起到了门的作用:阻断来自大脑的部分信号,并放行另一部分信号。
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  Cecilia Laschi对这种可能性特别入迷,她是意大利圣安娜高级研究院(Italy’s Sant’Anna School of Advanced Studies)的生物医学工程师,也是章鱼项目组成员之一,该项目组受章鱼启发,正在研制软体机器人。
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  “对机器人而言,这非常重要。如果你制造一台具有多个自由度的机器人,它会很难控制。”没参加这项研究的Laschi说:“我们知道,有些运动受外围神经控制,而有些参数是大脑设定的,我们将在我们的机器人身上运用同样的思想。”
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  但是,尽管制造仿人机器的机器人专家,已经能够在他们的计算中模仿人脑的结构了,Laschi 承认:“对于章鱼,我们还没到那个水平。”
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