大型机器人昆虫揭示了昆虫运动的力感应秘密

研究人员将研究与真实昆虫和机器人昆虫相结合，以更好地了解它们在行走时如何感知四肢的力，为昆虫的生物力学和神经动力学提供新的见解，并为大腿机器人的新应用提供信息。他们在2023年SEB百年大会上展示了他们的发现。

钟形感器(CS)是昆虫四肢中发现的力感受器，可对压力和应变做出反应，为控制运动提供重要信息。类似的力感受器存在于被称为高尔基腱器官的哺乳动物中，这表明了解力传感器在昆虫中的作用也可能为它们在人类等脊椎动物中的功能提供新的见解。

西弗吉尼亚大学斯塔特勒工程与矿产资源学院机械与航空航天工程系助理教授Szczecinski博士说：“我研究力传感器在行走昆虫中的作用，因为这些传感器对于成功运动至关重要。”,US“他们提供的反馈对于正确的姿势和协调至关重要。”

与计算机模型相比，构建机器人模型的好处包括对运动部件之间的摩擦进行更真实的建模，以及包含发送神经信号的延迟。机器人肢体还具有能够记录每个信号的发送和接收以及由此产生的机械动作的优点，这对于动物来说是不可能的。

“步行本质上是一项机械任务，因此了解步行的神经控制需要同时研究力学和神经控制，”Szczecinski博士说。“功能正常的步行机器人可以作为机器的原型，帮助人们在极端地形中耕作、探索其他星球，或者穿过森林来监测他们的健康状况。”

Szczecinski博士有两个主要的研究机器人：第一个是基于果蝇(Drosophilamelanogaster)的仿生机器人，它用六条腿行走，使团队能够全面了解钟形感器在行走时如何监测力。另一个机器人是单腿，可以简化模拟昆虫一条腿行走时的感官体验。

Szczecinski博士还通过隔离真实昆虫的四肢并在施加不同力时用电极监测感觉通路来探索CS在真实昆虫中的作用。然后，这些记录的感官信号被用来开发机器人腿的模型。

“通过记录它们对许多不同信号的反应，我们可以更清楚地了解它们如何将力量转化为神经活动，”什切青斯基博士说。“我们使用许多不同的刺激，因为CS是高度动态的，并且总是适应施加的力。”

什切青斯基博士的研究揭示了真实昆虫和机器人昆虫之间存在很强的相关性。“我们发现，对于我们检查的每种昆虫物种，我们的模型同样能够很好地描述CS将力转化为神经活动的方式，”Szczecinski博士说。“这表明每个物种的器官大致以相同的方式发挥作用。”

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