混沌物理学方法将研究人员引向机器人的昆虫般步态

为了能够让微型机器人走出像昆虫一样的步态，日本和意大利的研究人员正在拥抱混沌和非线性物理学，并配有运动控制器以提供脑机接口。生物和物理学被根本上基于非线性物理学的普遍现象所渗透，这激发了研究人员的工作。

该小组在AIP Publishing的《Chaos》一书中描述了使用Rössler系统（一个包含三个非线性微分方程的系统）作为中央模式发生器（CPG）来控制机器人昆虫步态的基础。

日本东京理工大学和特伦托大学的Ludovico Minati表示：“潜在现象的普遍性证明，通过Rössler系统的基本组合可以实现运动，这是混沌系统历史的基石。”

与同步有关的现象使小组可以创建非常简单的网络，从而生成复杂的节奏模式。

他说：“这些网络，即CPG，是自然界各处进行有腿运动的基础。”

物理学始于微小的变化

研究人员从一个简约的网络开始，每个实例都与一条腿相关联。更改步态或创建新步态，只需对耦合和相关的延迟进行少量更改即可完成。

换句话说，可以通过使单个系统或整个网络更加混乱来增加不规则性。对于非线性系统，输出的变化与输入的变化不成比例。

这项工作表明，Rössler系统除了具有许多有趣而复杂的特性外，“还可以成功地用作构建昆虫机器人的生物启发运动控制器的基础，” Minati说。

通过人机界面启用控制

他们的控制器内置有脑电图，可启用脑机接口。

用于实时EEG控制实验的实验设置和数据流。资料来源：美国物理研究所

Minati说：“记录了人的神经电活动，并使用相位同步的非线性概念来提取模式。” “然后将这种模式用作影响Rössler系统动力学的基础，该系统为昆虫机器人生成行走模式。”

研究人员两次利用非线性动力学的基本思想。

他说：“首先，我们用它们来解码生物活性，然后以相反的方向产生生物启发的活性。”

Minati说：“这项工作的关键意义在于，它“展示了非线性动力学概念的普遍性，例如Rössler系统的能力，通常在抽象场景中对其进行研究，但此处将其用作生物学产生的基础”。合理的模式。”