由仿生CPG控制的蛇形機器人

近年來，越來越多的研究旨在開發受自然界特別是某些動物物種啟發的機器人。波爾多大學和東京大學的一組研究人員在亞特蘭蒂斯出版社的《機器人，網絡與人工生命雜志》上發表的一項研究中，創造了一個形狀和動作都類似于蛇的機器人。

“這項研究的主要目的是開發一種用于生物醫學應用的機器人，尤其是脊髓損傷，”進行這項研究的研究人員之一蒂莫西·列維(TimothéeLevi)告訴TechXplore。“我們想設計一種新的神經假體，用人工神經元代替生物學的神經元。在我們的機器人中，我們使用了仿生尖刺神經網絡進行仿生運動，該行為模仿了蛇在自然界中的行為。”

開發受生物啟發的機器人時的主要挑戰之一是有效地復制目標動物的運動。在動物中，大多數運動是由中央模式生成(CPG)網絡的活動引起的。

本質上，CPG是神經元回路，當激活時，它們會在沒有感覺和與時間相關的輸入的情況下產生有節奏的運動模式(例如，步行，呼吸，游泳等)。過去，CPG及其對動物運動的影響一直是眾多研究的重點。

通常，正在嘗試開發類動物機器人的研究人員使用簡單的神經元模型或振蕩器(不是生物時間標度)來復制CPG，因此被認為是生物啟發性系統，而不是仿生系統。但是，這些模型僅提供正弦振動，因此無法如實地再現各種動物運動模式。

在他們的研究中，Levi和他的同事著手開發一種仿生CPG，它可以使用數字實時神經形態系統來有效復制生物行為。他們開發的蛇形機器人有兩個關鍵組成部分，一個充當大腦，另一個充當身體。

“我們的蛇形機器人可以分為兩部分，” Levi解釋說。“第一個是使用仿生神經網絡的大腦。這個神經網絡與具有生物物理神經元模型，突觸和可塑性的生物學非常接近。第二個部分是身體，它具有不同的“旅行車”，可以對模型的不同部分進行建模。脊髓和蛇的片段。信號是由蛇的大腦產生的，并在控制不同電機的整個身體中傳播。”

由Levi和他的同事創建的蛇形機器人由仿生CPG網絡實時控制