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奔走的蟑螂帮助研究人员稳定交错的机器人

研究人员已经利用该漏洞的精湛技巧，创造了一种巧妙而简单的方法来评估和改善机器人的运动。

通常，需要对机械，电子学和信息科学进行繁琐的建模，以了解昆虫或机器人的运动部件如何平稳地协调以将其放置。

但是在一项新研究中，佐治亚理工学院的生物力学研究人员将蟑螂的冲刺归结为方便的原理和方程式，然后将其用于制造测试机器人更好地学习

该方法向研究人员介绍了每条腿如何独立运作，如何将它们整体整合在一起以及它们在做事上是否和谐。尽管bug和bot的运动动力学完全不同，但新方法对这两种方法均有效，并且对其他机器人和动物也适用。

蟑螂是生物机器人，是具有优越神经系统信息的跑步者，它可以引导6条无懈可击的腿。

这种机械机器人是一个消费类模型，具有四个粗短的腿，没有神经系统，而是依靠粗略的力作为粗略的信号来粗略地协调其笨拙的步态，从而进行运动控制。

这项研究的第一作者Izaak Neveln表示：“机器人体积更大，几乎无法感知环境。蟑螂具有多种感觉，可以更好地适应崎terrain的地形。高至臀部的颠簸根本不会使其减速。”在研究期间，他是佐治亚理工大学Simon Sponberg实验室的博士后研究员。

先进的简易性

研究称其为“方法”，超越了这些巨大的差异，这些差异普遍存在于动物启发的机器人技术中。

该研究的作者写道：“从某种意义上说，这种测量是通用的，而不论信号是神经尖峰模式，运动学，电压还是力量，都可以使用，并且不取决于信号之间的特定关系。”

不管错误或机器人如何运行，度量的数学输入和输出始终以相同的单位进行。该措施并不总是消除建模的需要，但它可以缩短和指导建模并避免令人痛苦的失误。

作者于2019年8月在《自然通讯》杂志上发表了该研究。该研究由美国国家科学基金会资助。Sponberg是佐治亚理工大学物理学院和生物科学学院的助理教授。

可以将蟑螂腿的摆动描绘成类似于摆成正弦波的摆动。这些使人们对昆虫的运动有了更好的数学理解。信用：佐治亚理工大学/ Sponberg / Neveln

集中与分散

通常，机器人或动物会通过中央系统发送许多步行信号来协调运动，但并非所有信号都是集中的。即使在人类中，运动在很大程度上也取决于中枢神经系统的信号信号，但某些神经信号仍局限于身体的某些区域。它们是局部信号。

有些昆虫似乎很少集中移动，例如臭虫，它们的腿几乎独立地行走。棒虫是慢跑者。

内维尔说：“人们的想法是，棒虫对运动的控制更加本地化，??而蟑螂的飞速非常快，需要保持稳定性，其运动控制可能更集中，更像时钟。”

强大的信号集中通常可以更好地协调运动。可能是代码经过复杂的机器人布线，蟑螂的中枢神经元同步其腿或笨拙的机器人的底盘远离腿部倾斜，重击地面，从而使相对的腿部受重。机器人专家需要了解差异，并找出运动本地和中央信号之间的相互作用。

酷物理

新的“措施”通过关注步行腿的总体现象来做到这一点，这种现象可以看作是摆锤来回运动。为了实现良好的运动，它们需要在所谓的相位耦合振荡中同步。

一个有趣，简单的实验说明了这一物理原理。如果有几个节拍器不同步，而您将它们全部放置在随节拍器的摆动而自由摆动的平台上，则这些摆动将同步同步。

它们的振荡的相位或方向通过将它们的复合机械脉冲集中在平台上而彼此耦合。相耦合的这个特定例子是机械的，但也可以是计算的或神经学的，就像蟑螂一样。

它的腿类似于摇摆的节拍器，中枢神经肌肉活动类似于自由摇摆的平台。在蟑螂中，并不是所有的六个腿都朝着相同的方向摆动。

内维尔说：“他们的同步不是统一的。三只脚彼此同步—一侧的前后脚与另一侧的中脚同步，而这三只脚与另外三只脚异相同步。” 。“这是一个交替的三脚架步态。三脚的一个三脚架与三脚的另一个三脚架交替。”

没用的探戈

就像摆锤一样，每条腿的摆动都可以绘制成波浪形。可以将所有腿的波动平均为整体蟑螂泛滥波，然后发展为更有用的数学运算，它将集中化与分散性以及诸如熵之类的因素联系起来，这些因素可能会使运动控制失效。

由此产生的原理和数学原理使笨拙的机器人受益，该笨拙的机器人在其腿部电机中具有强大的分散信号，可对腿部与地面的接触做出反应，并且集中控制能力比棍棒虫弱。研究人员也画出了机器人的动作，但是它们并未导致蟑螂产生的整齐的波浪。

研究人员将原理和数学转向了笨拙的机器人，该机器人最初是乱七八糟的，像弹簧娃娃一样无用地跳跃或跳跃。然后，科学家们通过对机箱进行重新加权来使其移动更加协调一致，从而加强了集中控制。

“平台上的节拍是机械耦合的，而我们的机器人坐标就是这样控制的，”内维尔说。“您可以通过重新放置机器人的重量来改变机器人的机械耦合。我们可以通过使用蟑螂开发的方法来预测机器人的变化。”

蟑螂的惊喜

研究人员还连接了特定的蟑螂肌肉和神经元，以观察它们与泛音波的切分关系。十七只蟑螂大步走了2,982步，以告知原理和数学信息，这些臭虫也使研究人员大吃一惊。

一个伸出来：科学家曾认为，蟑螂加速时信号转导会更加集中，但是中央和本地信号转而增强了，可能加倍了信息：奔跑！

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