混沌物理学方法将研究人员引向机器人的类似昆虫的步态

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日本和意大利的研究人员正在拥抱混沌和非线性物理学，以为微型机器人创造像昆虫一样的步态—配有运动控制器以提供脑机接口。生物和物理学被根本上扎根于非线性物理学的普遍现象所渗透，这启发了研究人员’ work.

在日记中 混沌该小组来自AIP Publishing，描述了使用Rössler系统（一个包含三个非线性微分方程的系统）作为中央模式发生器（CPG）来控制机器人昆虫步态的基本组成部分。

“潜在现象的普遍性使我们能够证明运动可以通过Rössler系统的基本组合来实现，Rössler系统代表了混沌系统历史上的基石，”东京工业大学和特伦托大学的Ludovico Minati说。

与同步有关的现象使小组可以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 有腿的 自然界中各处的运动” he said.

物理学始于微小的变化

研究人员从一个简约的网络开始，每个实例都与一条腿相关联。更改步态或创建新步态，只需对耦合和相关的延迟进行少量更改即可完成。

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比例。

这项工作表明Rössler系统不仅具有许多有趣而复杂的特性，“也可以成功地用作构建生物启发型运动的底物 控制者 对于昆虫机器人，” Minati said.

通过人机界面启用控制

他们的控制器内置有脑电图，可实现脑机接口。

“记录人的神经电活动，并使用相位同步的非线性概念来提取模式，” said Minati. “然后将此模式用作影响Rössler系统动力学的基础，该系统生成昆虫机器人的行走模式。”

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性，然后以相反的方向生成生物启发的活性，” he said.

这项工作的关键意义在于“演示了非线性动力学概念的普遍性，例如Rössler系统的能力，通常在抽象场景中对其进行研究，” Minati said, “但在此用作生成生物学上合理的模式的基础。”