Учёные из лаборатории биоробототехники Федеральной политехнической школы Лозанны разработали плавающего робота AgnathaX, имитирующего движения миноги. В лаборатории проектируют и изготавливают роботов для изучения механики движения животных и нейробиологии, управляющей движениями. Работа с описанием опубликована в журнале Science Robotics.
По словам профессора Ауке Ийспеерт, главы лаборатории, целью создания робота было изучить процесс обработки нервной системой информации, поступающей с органов чувств, приводящий к генерации определённого движения. В живых организмах этот процесс изучать сложно, поскольку в спинном мозге переплетаются различные компоненты центральной и периферийной нервных систем. Из-за этого динамику и взаимное влияние друг на друга этих систем сложно разобрать.
AgnathaX – имитирующий миногу робот, состоящий из десяти секций с моторами, приводящих эти секции в движение. Таким образом симулируются мускулы миноги, расположенные вдоль её тела. По всей длине робота расположены датчики давления, имитирующие клетки кожи миноги, чувствительные к надавливанию. Датчики, как и клетки, распознают давление воды на тело робота.
Как поясняет Лаура Паез, аспирант лаборатории, исследователи запускали робота в бассейн, снабжённый системой отслеживания движений, а потом запускали математические модели, симулирующие работу различных частей нервной системы. Пока робот плавал, инженеры включали и отключали центральные и периферийные входы и выходы «нервной системы» каждого сегмента для проверки гипотез из области нейробиологии.
Оказалось, что для организации стабильного движения необходимо, чтобы и центральная, и периферийная нервные системы одинаково активно вносили свой вклад. Совместная работа двух систем повышает сопротивляемость различным сбоям типа прекращения обмена информацией между сегментами тела или отказа датчиков.
Также оказалось, что датчики давления, и информация о взаимодействии тела с водой, дают полезные данные для генерации и синхронизации ритмичной работы мускулов, необходимой для движения в воде. Когда учёные прерывали обмен информацией между сегментами, что аналогично повреждению спинного мозга, сигналов датчиков давления хватало для того, чтобы движение продолжалось.
Эта информация может помочь в разработке более эффективных плавучих роботов, применяющихся в спасательных операциях и отслеживании состояния окружающей среды. Она полезна и с точки зрения нейробиологии, поскольку подтверждает важную функцию периферийных механизмов, работа которых до этого считалась не такой важной по сравнению с деятельностью центральных.
