四脚ロボットを用いた四足動物の歩容生成・遷移・適応メカニズムの構成論的理解

使用四足机器人对四足动物的步态生成、转换和适应机制进行建设性理解

• 批准号: 22KJ2036
• 负责人: 古殿 幸大
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2036/
• 关键词: 構成論的アプローチ; 歩容生成; split-belt適応; 脊髄ネコモデル

四足動物としてネコの歩容生成メカニズムを，感覚-運動レベルで構成論的に理解することを目指している．そのためには，感覚フィードバックを通して脊髄がどのようにリズムや歩容を生成するのか理解することが重要である．本研究は脊髄機能に着目し，構成論的モデルとしての「脊髄ネコモデル」を提唱する．以下で述べるロボット実験やシミュレーションでは，この脊髄ネコモデルを制御器として用いた．歩容遷移実験の準備として，脚からの感覚情報の一種である腰伸展・屈曲と歩容の関係を調べるため，歩容生成シミュレーションを行った．腰伸展・屈曲の変化として各脚の脚軌道における着地点と離地点を変化させることで，生成される歩容に変化が見られたことを確認した．これらの結果を基に歩容遷移の再現実験ならびに，歩容遷移メカニズムの構成論的理解を目指す．歩容適応実験として，左右ベルト速度が異なるsplit-belt適応実験を行う．脊髄レベルでの適応メカニズムを構成論的に理解するため，脳幹などからの上位指令を仮定しない後2脚でのsplit-belt適応実験を行っている．ベルト引張りによりfast-legの腰伸展が増大したときに各脚の遊脚期間を調節する「脊髄反応」を加えることで，split-belt適応の一つである「early adaptation」が出現することをロボット実験により確認した．これらの結果を基に，歩容適応メカニズムの構成論的理解を目指す．

作为一种四足动物，我们的目标是从感觉运动层面的组成角度来了解猫的步态生成机制。为此，了解脊髓如何通过感觉反馈产生节律和步态非常重要。这项研究的重点是脊髓功能，并提出“脊髓猫模型”作为建构主义模型。在下面描述的机器人实验和模拟中，这个脊椎猫模型被用作控制器。在准备步态转换实验时，我们进行了步态生成模拟，以研究步态与髋部伸展/屈曲（来自腿部的一种感觉信息）之间的关系。我们确认，通过随着髋部伸展和屈曲的变化而改变每条腿的腿部轨迹中的着陆点和起飞点来观察所生成的步态的变化。基于这些结果，我们的目标是进行实验来重现步态转换，并从组成的角度理解步态转换的机制。作为步态适应实验，我们进行了分体带适应实验，其中左右带速度不同。为了从建构主义的角度理解脊髓水平的适应机制，我们正在后腿进行分带适应实验，该实验不承担来自脑干的更高阶命令。通过添加“脊柱反应”，当由于腰带张力而导致快速腿部髋部伸展增加时，调整每条腿的摆动周期，我们发现会出现“早期适应”，这是一种分叉腰带适应。通过机器人实验得到证实。基于这些结果，我们的目标是建设性地理解步态适应机制。