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美国:新型机器腿模拟人类行走步态几可乱真_0

未知 2019-06-08 14:04

  据物理学家组织网7月6日(北京时间)报道,最近,美国亚利桑那大学造出一种机器人腿设备,研究人员将人体组织系统所拥有的神经结构、肌肉骨骼构架和传感反馈路径进行一定简化后,用在机器人腿上,在模拟人类走路步态时,几乎能以假乱真。研究人员认为,这是第一个达到了生物行为精确度的完整行走模型。相关论文发表在7月6日的《神经工程杂志》上。

  这种两足机器建立在人类肌肉神经结构的原理上,通过韧带肌肉模拟收缩/舒张肌行为。人类走路系统的关键部分是中枢模式发生器(CPG),是一个位于腰部脊髓区的神经网络。人体不同部分接受环境刺激会产生反应,CPG收集这些反应信息,产生节奏肌肉信号并对这些信号进行控制。这一机制让人能自由行走而无需思考该怎么走。

  最简单的CPG形式是一种半中枢,仅由两个神经元组成,分别发出信号和产生节奏。机器人腿的神经系统是一个人造半中枢振荡器,再加一些将信息反馈给半中枢的传感器,包括负荷传感器,当腿受到来自路面的压力时,把压力传给肢体。论文合著者特丽莎克莱因说:我们造出的行走模型,只需一个简单的半中枢来控制臀部,一套刺激反应器来控制下面的肢体,就能模仿人类走路步态而无需平衡。

  这种机器人系统模型代表了一个完整的生理或神经机器人,有助于研究人类和动物行走的神经生理过程、发展婴儿学步理论,帮人们理解脊髓损伤病人恢复行走能力的机制。

  研究人员推测,婴儿学走路也是从简单的半中枢开始的,一段时间后,婴儿通过学习建立起一张网,以适应更复杂走路方式。这也解释了为什么把婴儿放在跑步机上时,他们会表现一些简单的走路姿势,因为在他们开始学走路之前,一个简单的半中枢已经存在。这种支持网络可能也是形成CPG的核心,这解释了为何那些脊髓受伤的人在受伤后几个月内,通过适当刺激还能恢复行走能力。克莱因说。(记者常丽君)

  总编辑圈点

  装有一双价值1.5万英镑、J型刀锋形状高科技碳纤维假肢的奥斯卡皮斯托瑞斯终于得偿所愿,代表南非参加伦敦奥运会男子400米以及4400米接力两项比赛,这位25岁的刀锋战士将成为历史上第一位参加健全人奥运会的双腿截肢运动员。我们在为其欢呼的同时,难免会产生这样的遐想:刀锋战士如果用上文中所述的新型机器腿设备,他在比赛中的形态或许和健全人没什么两样,只是刀锋战士的名号就要作古了。

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