基于猫的神经生理学实验，日本科学家研发机器猫

“相比与传统的通过软件算法开发的步态控制器，这篇文章提出用电路来模拟肌肉的反射，从而决定的腿部的运动，这更像生物的下意思的通过肌肉的伸缩来控制腿部的运动。 ” 谈及日本学者发表的一项机器猫成果，来自加州大学伯克利的博士生李钟毓如是告诉 DeepTech 。
最近，来自日本大阪大学的谷川豊章（今年 3 月已经博士毕业离校）、増田容一助教、石川将人教授在FrontiersinNeurorobotics杂志上发表的一篇论文中，向人们展示了有关四足动物的步行机制的研究成果，而且与以往通过动物实验研究不同，他们的研究没有进行任何动物试验，而是使用自己开发的四足机器人进行研究。

本文插图
图 | 可以再现肌肉特征和反射的四足机器人平台的快照（来源：FrontiersinNeurorobotics）
【基于猫的神经生理学实验，日本科学家研发机器猫】在四足机器人上，研究团队进行了不同的步行实验，从而在没有动物试验的情况下在机器人上重现了基于猫的神经生理学实验。此外，进行步行实验的四足机器人并没有中央模式生成器，而是通过电路来模拟肌肉的反射，而试验发现，没有中央模式生成器的的四足机器人能够自动生成稳定的步态模式和腿部轨迹。有关四足动物产生运动的机制的研究，尤其是四足动物如何能够立即对各种环境干扰做出反应并保持平衡且协调的运动的机制，过去已经有不少的研究。例如，过去已有研究通过在动物实验发现，正是四足动物的髋关节的角度的改变使他们在从摆动向站立过程成功过渡。但是，这些研究主要关注的是四足动物站立和摆动阶段的个体反射机制，并没有阐明整个反射回路。此外，也有其他多项研究表明，对于四足动物的运动的模拟并不需要使用振荡器模型或复杂的 CPG 模型（中枢模式发生器 Central pattern generators），仅仅通过对脊柱反射、身体动力学和环境之间的相互作用的建模就可以实现腿部轨迹和稳定步态的模拟。不过，在这些研究中设计者将步行运动分为多个阶段（例如站立、离地、摆动和触地阶段），并为每个阶段设计了单独的反射规则。所以，这些研究没有解释这些许多反射规则是如何集成到动物体内的，即产生稳定步态和腿部轨迹的反射回路的整体结构。在这里首先简单解释四足机器人平台的机械设计。如下图所示，每条腿由两个连杆组成，通过带动上下旋转关节，腿可以在矢状面内自由活动。腿部模块还可以做内收和外展运动在侧倾方向上旋转；因此，腿具有三个自由度。每个关节由无刷直流（BLDC）电机驱动。有关腿部模块的详细机制，见下图 B 。