Может «Морская звезда» движения вдохновить лучше роботов?

Вы когда-нибудь видели морской звезды двигаются? Для многих из нас, Морская звезда кажется неподвижной, как камень на дне океана, но в действительности, они имеют сотни трубки ноги привязаны к своим подбрюшьем. Эти стрейч ноги и договор на присоединение к пересеченной местности, удерживать добычу и, конечно, двигаться.

Ни одна нога пробки на Морская звезда может действовать автономно в ответ на раздражители, но в сочетании вместе, они могут синхронизировать свои движения, чтобы производить колебательное движение — их версия работает. В течение многих лет исследователи задавались вопросом точно, как морская звезда выполняет эту синхронизацию, поскольку оно не имеет мозга и полностью децентрализованную нервную систему.

Ответ, исследователи из школы Витерби Университета Южной Калифорнии машиностроения, был опубликован сегодня в журнале Королевского общества интерфейса: Морская звезда пара глобальная команда направленности от «доминирующая рука» с отдельными, локализованными ответов на стимулы, для достижения скоординированного движения. Другими словами, после того, как «морская звезда» дает инструкции, в какую сторону двигаться, отдельные ноги выяснить, как этого добиться самостоятельно, без дальнейшего общения.

Исследователи, в том числе профессор Ева Kanso в ОСК Витерби отдела аэрокосмического машиностроения и Сина Хейдари, в ОСК Витерби кандидат, присоединились Мэтт Мак-Генри, доцент экологии и эволюционной биологии в Университете Калифорнии в Ирвине; Эми Джонсон, профессор морской биологии в Боудин-колледже; и Олаф «Эллерс», научный сотрудник в области биологии и математики в Боудин-колледже.

Работа основана на существующей иерархической модели поведения, но идет дальше в объяснении того, как большая часть морской звезды локомоции происходит локально против глобально.

«Нервная система не обрабатывает все в одном месте и в одно время, но опирается на идею о том, что «морская звезда» — это грамотный и разберется», — сказал Kanso, в Зограб А. Капрелян сотрудник в машиностроении. «Если одна труба нога давит на землю, другие чувствуют силу. Это механическое соединение является единственным способом, в котором одна трубка делится информацией ногу с другом».

Третья модель локомоций

Нервная система морской звезды характеризуется нервным кольцом, которое окружает его рот и подключается к каждому отдельному руку через лучевой нерв. Мышцы каждой ноги пробки стимулируются нейроны, подключенные к радиально-кольцевой нервы.

Все ноги шаг в том же направлении, пока полз, но их движение не синхронизировано. Однако, при достижении подпрыгивающей походкой, Морская звезда, похоже, координируют десятки ног в два или три синхронизированных групп. Исследовательская группа, возглавляемая Kanso, посмотрел на обоих режимах движения, а переход между ними. В результате получается модель, которая описывает, сколько морской звезды двигательной активности определяется местными сенсорно-моторного реагирования на уровне трубки ноги против глобального сенсорно-моторных команд.

В животном мире поведение часто описывается одним из двух основных моделей движения; поведения, таких как насекомые полета является результатом сенсорной обратной связи путешествия через центральную систему обработки, который отправляет сообщение активация ответ, или это результат полностью децентрализована, индивидуальные реакции на сенсорную информацию, такую как рыба в школах или муравейник.

Ни одна из этих моделей, похоже, описывающих движение морской звезды.

«В случае с морскими звездами, нервной системы, похоже, делают ставку на физику взаимодействия организма и внешней среды, для контроля передвижения. Все трубки ноги крепятся конструктивно морской звезды и, следовательно, друг к другу».

Таким образом, существует механизм «информация» должна передаваться механически пробка между ног. Индивидуальный футов трубка будет только нужно чувство собственного государства (проприоцепции) и соответственно реагировать. Потому что его состояние соединен механически с другими трубу ногами, они работают вместе, коллективно. Как пробка ноги начинают двигаться, каждый формирует личность, сила, которая становится частью сенсорной среды. Таким образом, каждый метр пробки тоже реагирует на силы, производимых другими трубу ногами и, в конце концов, они создают ритм друг с другом.

Это похоже на другие механические модели координации. Например, взять набор механических метрономы, приборы используемые для того чтобы помочь держать ритм или времени для музыканта. Вы можете начать набор из 10 у всех разные фазы, оставляя их на той же плоской поверхности. С течением времени, они будут синхронизироваться. В игре есть механическое воздействие соединения видно с морскими звездами; каждый метроном механически взаимодействующих фаз, созданные другими метрономы и как таковой, это эффективно «общаться» с другими метрономы, пока они не начинают бить в полную ритма и синхронности.

Как морская звезда поведении может помочь нам разработать более эффективные системы робототехники

Понимание того, как распределены нервной системы, как у морской звезды, достигает сложных, координированных движений может привести к прогрессу в таких областях, как робототехника. В робототехнические системы, это относительно просто запрограммировать робота для выполнения повторяющихся задач. Однако в более сложных ситуациях, когда требуется настройка, роботов сталкиваются с трудностями. Как роботы могут быть разработаны, чтобы применить ту же льготы для более сложной задачи или среды?

Ответ может лежать в Star модель моря, сказал Kanso. «На примере морской звезды, мы можем конструировать контроллеров, так что обучение может происходить иерархически. Есть децентрализованный компонент для принятия решений и доведения до мировой власти. Это может быть полезно для разработки алгоритмов управления для систем с несколькими приводами, где мы командируем большое управление к физике системы — механические муфты — против ввода или вмешательство центрального контроллера».

Далее, Kanso и ее команда будут смотреть на то, как глобальной направленности команду напрашивается в первую очередь и что произойдет, если есть конкурирующие раздражители.

Работа частично поддержана фундаментальных исследований Грант Центр управления военно-морских исследований, номер гранта ОНР: N00014-17-1- 2062.

сделать разницу: спонсорские возможности