近年來(lái)，越來(lái)越多的研究旨在開(kāi)發(fā)受自然界特別是某些動(dòng)物物種啟發(fā)的機(jī)器人。波爾多大學(xué)和東京大學(xué)的一組研究人員在亞特蘭蒂斯出版社的《機(jī)器人，網(wǎng)絡(luò)與人工生命雜志》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，創(chuàng)造了一個(gè)形狀和動(dòng)作都類(lèi)似于蛇的機(jī)器人。

“這項(xiàng)研究的主要目的是開(kāi)發(fā)一種用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的機(jī)器人，尤其是脊髓損傷，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一蒂莫西·列維(TimothéeLevi)告訴TechXplore。“我們想設(shè)計(jì)一種新的神經(jīng)假體，用人工神經(jīng)元代替生物學(xué)的神經(jīng)元。在我們的機(jī)器人中，我們使用了仿生尖刺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿生運(yùn)動(dòng)，該行為模仿了蛇在自然界中的行為。”

開(kāi)發(fā)受生物啟發(fā)的機(jī)器人時(shí)的主要挑戰(zhàn)之一是有效地復(fù)制目標(biāo)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)。在動(dòng)物中，大多數(shù)運(yùn)動(dòng)是由中央模式生成(CPG)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)引起的。

本質(zhì)上，CPG是神經(jīng)元回路，當(dāng)激活時(shí)，它們會(huì)在沒(méi)有感覺(jué)和與時(shí)間相關(guān)的輸入的情況下產(chǎn)生有節(jié)奏的運(yùn)動(dòng)模式(例如，步行，呼吸，游泳等)。過(guò)去，CPG及其對(duì)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的影響一直是眾多研究的重點(diǎn)。

通常，正在嘗試開(kāi)發(fā)類(lèi)動(dòng)物機(jī)器人的研究人員使用簡(jiǎn)單的神經(jīng)元模型或振蕩器(不是生物時(shí)間標(biāo)度)來(lái)復(fù)制CPG，因此被認(rèn)為是生物啟發(fā)性系統(tǒng)，而不是仿生系統(tǒng)。但是，這些模型僅提供正弦振動(dòng)，因此無(wú)法如實(shí)地再現(xiàn)各種動(dòng)物運(yùn)動(dòng)模式。

在他們的研究中，Levi和他的同事著手開(kāi)發(fā)一種仿生CPG，它可以使用數(shù)字實(shí)時(shí)神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)來(lái)有效復(fù)制生物行為。他們開(kāi)發(fā)的蛇形機(jī)器人有兩個(gè)關(guān)鍵組成部分，一個(gè)充當(dāng)大腦，另一個(gè)充當(dāng)身體。

“我們的蛇形機(jī)器人可以分為兩部分，” Levi解釋說(shuō)。“第一個(gè)是使用仿生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大腦。這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與具有生物物理神經(jīng)元模型，突觸和可塑性的生物學(xué)非常接近。第二個(gè)部分是身體，它具有不同的“旅行車(chē)”，可以對(duì)模型的不同部分進(jìn)行建模。脊髓和蛇的片段。信號(hào)是由蛇的大腦產(chǎn)生的，并在控制不同電機(jī)的整個(gè)身體中傳播。”

由Levi和他的同事創(chuàng)建的蛇形機(jī)器人由仿生CPG網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)控制