Schabe -Inspired Robotics Könnte In Gait Pathologie und Stabilisierung von Gait Aid

Laufende Kakerlaken beginnen mit seitwärts schob vor ihrem Bummeln Nervensystem tritt in die Beine , was zu tun sagen zu erholen, haben die Forscher gefunden. Diese neuen Erkenntnisse darüber, wie biologische Systeme zu stabilisieren könnte ein Tag helfen Ingenieure entwerfen mäßigere Roboter und einem besseren Verständnis der menschlichen Gangstörungen Ärzte .

In Experimenten waren die Kakerlaken in der Lage, ihren Halt mechanisch zu halten - mit ihrer Dynamik und das frühlingshafte Architektur der Beine und nicht neurologisch , die sich auf Impulse aus ihrer zentralen Nervensystems , um ihre Muskeln gesendet.

" Die Reaktionszeit beobachteten wir ist mehr als dreimal so lange wie man erwarten würde ", sagte Shai Revzen , ein Assistent Professor für Elektrotechnik und Informatik, sowie Ökologie und Evolutionsbiologie an der Universität von Michigan. Revzen ist der Hauptautor eines Papiers über die Ergebnisse online veröffentlicht in Biologische Kybernetik. Es wird in einer der nächsten Print-Ausgabe erscheint .

" Was wir sehen, ist, dass das Nervensystem der Tiere wird mit einer erheblichen Verzögerung arbeiten ", sagte er . "Es könnte möglicherweise zu handeln viel früher , innerhalb von einem Dreißigstel einer Sekunde, aber stattdessen tritt es in nach etwa einem Schritt und eine Hälfte oder zwei Schritte - . Über eine Zehntelsekunde Aus irgendeinem Grund ist das Nervensystem warten und sehen, wie es formt sich . "

Um auf ihre Ergebnisse zu gelangen, übermittelt die Forscher 15 Schaben ( one- by-one , in 41 Studien) läuft über eine kleine Brücke auf einem Tischset große Warenkorb auf Rädern. Der Wagen wurde auf einer elastischen Schnur, die eng wie eine geladene Schleuder an Ort und Stelle mit einem starken Magneten auf der anderen Seite gezogen wurde und hielt befestigt . Sobald eine Kakerlake war etwa einer Körperlänge auf den Wagen , veröffentlicht die Forscher den Magneten , das Senden der Wagen schleuderte seitwärts. Die Kraft war gleichbedeutend mit einem Sumo-Ringer der Kollision mit einem Rüttler mit einem Fluggerät , das Revzen fügte hinzu, dass Kakerlaken sind wesentlich stabiler als der Mensch.

Um detaillierte Informationen über die Kakerlaken " Gang zu sammeln , benutzt die Forscher eine Technik Revzen entwickelte vor einigen Jahren genannt kinematische Phasenanalyse . Es beinhaltet die Verwendung einer Hochgeschwindigkeitskamera zu messen ständig die Position jedes der Insekten sechs Fuß sowie die Enden ihrer Körper. Ein Computerprogramm, verschmilzt dann die kontinuierlichen Daten von all diesen Punkten in eine genaue Schätzung , wo der Hinterwelle in ihrer Gangzyklus zu allen Zeiten. Der Ansatz bietet Wissenschaftlern ein detaillierteres Bild nicht gleich Messen ist das Timing der Tritte - eine gemeinsame metrische heute verwendet werden, um Gang studieren.

In kinematischen Phasenanalyse werden die Signale in eine Welle Diagramm, das Bewegungsmuster des Insekts zeigt umgewandelt. Das Muster ändert sich nur , wenn das Nervensystem tritt in . Wie die Forscher wissen? In einem getrennten, jedoch ähnlichen Experiment implantierten sie Elektroden in die Beine von sieben Kakerlaken Nervensignale zu messen.

Das Nervensystemverzögern die beobachteten wesentlich länger ist als Wissenschaftler erwarten Forscher , sagte Revzen . Und es steht im Gegensatz zu Annahmen in der Robotik-Community , in der Computer stehen für Gehirne und der Maschinen Füße Bewegungen werden oft durch kontinuierliches Feedback zu diesem Computer von Sensoren am Roboter geführt .

Revzen sagte, die neuen Erkenntnisse könnte bedeuten, dass die biologische Gehirn , zumindest in Schaben, passt den Gang nur auf VollschrittAbständen statt an einer beliebigen Stelle in einem Schritt . Periodische und nicht kontinuierlich, könnte Feedbacksysteme zu stabileren führen Laufroboter (nicht zu energieeffizienter zu nennen) - ob sie auf zwei Beinen oder sechs zu reisen.

Roboterherstellersehen oft die Natur inspirieren . Da die Tiere durch die Welt zu bewegen , müssen sie auf unerwartete Störungen wie felsigen , unebenen Boden oder beschädigte Gliedmaßen reagieren. Revzen und sein Team glauben, dass Muster in wie sie sich bewegen , wie sie anpassen kann verraten , wie ihre Maschinen und Neurologie zusammenarbeiten.

" Die grundlegende Frage ist , " Was kann man mit einem mechanischen Aufhängung gegenüber einem zu tun , die elektronische Rück benötigt ? " Revzen sagte . " Die Tiere haben offensichtlich viel bessere mechanische Konstruktionen als alles was wir wissen, wie sie zu bauen. Aber wenn wir lernen können , wie sie es tun , könnten wir in der Lage, ihn zu reproduzieren. "

Mehr als 70 Prozent der Landoberfläche der Erde ist nicht schiffbar von Rad- und Kettenfahrzeuge , so zweibeinigen Robotern könnten die Lücke für bodengestützte Operationen wie Suche und Rettung und Verteidigung zu überbrücken.

Für menschliche Ganganalyse , Revzen und Kollegen sagten, dass ihre nicht-invasive , hochauflösende kinematischen Phase Ansatz könnte wertvoll in der biomedizinischen Gemeinschaft zu sein.

" Falls sind eine Hauptursache für die Verschlechterung der älteren Menschen ", sagte Revzen . " Alles, was wir tun können, um Gang Pathologie und Stabilisierung der Gang zu verstehen ist sehr wertvoll. "