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章鱼灵活的触手,软体机器人的模特儿?
小红猪小分队发表于 2009-10-25
译者:阿塔
对章鱼的脑瓜儿来说,尽管协调八只独立触手看起来很复杂,真正费劲的则是如何控制触手那些柔韧而变化无穷的运动。现在研究者们已经有些明白它们的这个秘密了。
与我们不同,章鱼大脑运动皮层的特定区域在躯体上并没有特定的部位与之相对应。实际上,每一个区域在不同时间控制不同局部。它们的运动神经网络似乎像它们的身体一样灵活---- 一个扩张神经生理潜力范围的现象,还可能用于改进柔臂机器人的设计。
“我们的研究发现,由于章鱼身体的复杂性和多变性,它可能用了另一种方法来构建控制系统。”来自耶路撒冷希伯莱大学的神经生物学家Benny Hochner 说道,本周四他在当代生物学Current Biology杂志上发表了研究报告。
“它适用于一种自由度更高的构造,而我们的身体是以没有多少自由度的分段骨骼组织为主构建的。”
章鱼怎何控制它的触手,这作为Hochner的工作重心已经超过十年。他参与的一些较早的研究表明那些看起来复杂的运动实际上是单个简单运动的组合。Hochner也发现许多运动是由外周神经在引导,而不是脑部来控制的,就像每个触手都有各自的脊髓一样。
章鱼的脑部发出笼统的指示,触手计算细节:这比大脑完成所有的运算简单多了。这让机器人专家心动不已,他们试图制造一种有着柔性附属体的机器---这种机器特别适用于灾区的救济工作)或者在人体内蜿蜒移动,进行外科手术。
“这个创意是用从生物学获取的灵感去解答问题:怎样在柔性结构中产生运动以及怎样用神经系统控制这种运动。” Hochner说。
在最近的研究中Hochner的团队将金属导线插入(章鱼?)的脑部后通电,测量因而产生的运动,然后解剖这些献身科学的动物,观察电极刺激的准确部位。
他们发现了另外一个模块化的高效的设计实例:每个部位被证实能在不同的触手产生不同的运动,当电流增强时这些运动会变得更复杂。而人体的一大部分则是由单一不变的区域来控制的。“这些神经网络彼此嵌入,并随刺激的变化而改建。这种组织方式并不严格,但是更有活力。” Hochner说。
Hochner 推测,在章鱼身体的其他地方,另外的一种神经程序——或许就在每个触手的根部——扮演着门的角色,阻止或者放行来自大脑的信号。
这个可能性对Cecilia Laschi非常