予測不能な環境変化に対応する歩行パターンの自律生成

自主生成行走模式以应对不可预测的环境变化

• 批准号: 05267206
• 负责人: 矢野 雅文
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05267206/
• 关键词: 非線形振動子; 神経回路網; 運動制御; 歩行パターン; 情報生成

生物における情報処理の特長はその柔軟性とリアルタイム性にある。我々は変化に応じて情報を生成出来るシステムでなければ、予測不可能な環境変化に対応できる運動制御システムは構築できないという立場から、新しい運動制御システムを構成した。システム構成の要素;環境と運動システムが調和的な関係を作るという立場から、神経細胞の機能を数学的に表現でき、しかもよりシンプルな方程式が必要となる。我々は次の新しい非線形方程式(非線形振動子)が適当であることを発見した。d^2X/dt^2+(a_1X^2+b_1X+c_1)dX/dt+(a_2X^2+b_2X+c_2)X+d=0。システムの構造;これらの振動子からなる神経回路網の構造は、昆虫の中枢神経系の生理学的知見から決定した。システムが情報を生成するルール;目的速度を実現するという条件の下で、各肢におけるエネルギー消費を、最適に分配させるという原理を神経回路網の機能とした。これにより、各筋肉が最適効率で働くように、協調的あるいは競合的に相互作用することによって制御情報を生成する。この関係生成ルールを我々は「最大多数の最少不満足」則と呼ぶ。結果は、歩行パターンは速度を挙げていったときにGait2からGait1に変化することである。中肢と前肢あるいは中肢と後肢は逆位相で動く。Gait1とGait2の違いは前肢と後肢の位相関係である。このモデルでは実験とよく合う結果が得られるし、摂動にも非常に強い安定したパターンである。速度を上げていった時と下げていった時ではパターン変化の起きる速度が異なり、一種のヒステリシスを示す。これらの変化が競合と協調によって起きる相転移現象であることを示している。さらにエネルギー変換効率を計算してみると単位距離当りの消費エネルギーは殆ど変わらない。これは馬の歩行実験で得られている実験結果と良く合う。

Biological information processing is characterized by flexibility and flexibility. We can change the information to create a system, predict the environment, change the position, and create a new system. The elements of the system; the relationship between environment and motion; the relationship between position and function of the brain; the relationship between mathematical expression; the relationship between environment and motion; and the relationship between environment and motion; the relationship between The new non-linear equation (non-linear oscillator) is suitable for the first time. d^2X/dt^2+(a_1X^2+b_1X+c_1)dX/dt+(a_2X^2+b_2X+c_2)X+d=0。The structure of the system; the structure of the neural network; and the physiological knowledge of the central nervous system of insects. Under the condition of target speed, the function of the network is determined by the principle of optimal distribution. The optimal rate of interaction between muscles and muscles is generated by coordination. This relationship is generated by the "most of the least full" and then called. The result is that the walking speed increases and the speed changes from Gait2 to Gait1. The middle limb is opposite to the front limb. Gait1 and Gait2 are in phase with each other. The result of this is a very strong stability. The speed is different from the speed of the upper part of the lower part of the middle part. The phenomenon of phase shift occurs when the coordination occurs. The calculation of the conversion rate is based on the calculation of the unit distance. The result is good.

项目成果

Kimura S.et al.: "A self-organizing model of walking patterns of insects." Biological Cybernetics. 69. 183-193 (1993)

Kimura S.et al.：“昆虫行走模式的自组织模型。”