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章鱼触手或成为柔性机器人的设计原型 |
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| http://cn.newmaker.com
10/15/2009 12:10:00 PM
佳工机电网
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 虽然让八条不同的触手协调动作，对章鱼的大脑而言，似乎是一项很需要技巧的活儿，但真正的困难在于如何控制触手那些柔韧的、变化无穷的动作。如今，研究人员已经部分地解开了其中的奥秘。
跟我们人类不同，章鱼运动皮层的特定区域并不对应身体的特定部位。相反，每个区域在不同时间控制不同部位。它们的运动神经网络好像跟它们的身体一样是柔性的----这个现象扩展了神经生理学的范畴，或许还可以用来改进柔性臂机器人的设计。
耶路撒冷希伯来大学的神经生物学家Benny Hochner，在本周四出版的《当代生物学》（Current Biology）杂志上发表了这项研究。他说：“我们认为，因为章鱼身体的复杂性及其可变性，它为控制系统的组织提供了一条新途径。这是我们在这项研究中取得的新发现。”
“它适合于具有比我们人体多许多自由度的结构体；人体是围绕分段的骨架构成的，没多少自由度。”
Hochner集中精力研究章鱼如何控制其触手，已有十多年了。在早先的研究中，他帮助证明了貌似复杂的运动，实际上是一个个简单运动的合成。Hochner还发现，许多运动受外围神经控制，而不是受大脑控制，好像每条触手都有自己的脊髓一样。
章鱼大脑发出一条一般性的指令，触手计算出具体的信号：这比大脑自己完成所有的计算要简单许多。机器人专家对这一切特别感兴趣，因为他们想制造带柔性附属肢体的机器----这种机器非常适合在灾难现场进行搜救工作，或在体内蜿蜒穿行完成外科手术。
Hochner说：“基本思想就是，从生物学那里获得灵感，解决如何在柔性结构中产生运动，以及如何用神经系统控制它的问题。”
Hochner的团队在最近的研究中，将导线插入章鱼大脑，通上电流，测量产生的运动，然后再解剖这些动物，查看电极刺激的究竟是什么部位。
他们发现了另一种模块化的高效设计：每个位置被证明能在不同的触手处产生不同的运动，随着电流强度的增加，运动也变得更复杂。而人体的大多数部位都只受一个不变的位置的控制。
Hochner说：“这些网络相互嵌套。根据刺激，他们重新对系统进行了建模。结果具有更强的动态性，而组织并不严密。”
Hochner推测，章鱼身体的其他地方（也许在每条触手的根部）储存着另外一些神经程序，起到了门的作用：阻断来自大脑的部分信号，并放行另一部分信号。
Cecilia Laschi对这种可能性特别入迷，她是意大利圣安娜高级研究院（Italy’s Sant’Anna School of Advanced Studies）的生物医学工程师，也是章鱼项目组成员之一，该项目组受章鱼启发，正在研制软体机器人。
“对机器人而言，这非常重要。如果你制造一台具有多个自由度的机器人，它会很难控制。”没参加这项研究的Laschi说：“我们知道，有些运动受外围神经控制，而有些参数是大脑设定的，我们将在我们的机器人身上运用同样的思想。”
但是，尽管制造仿人机器的机器人专家，已经能够在他们的计算中模仿人脑的结构了，Laschi 承认：“对于章鱼，我们还没到那个水平。”
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