A Jellyfish Cyborg: Exploiting Natural Embodied Intelligence as Soft Robots

要約

バイオからインスピレーションを得たロボット工学の先進分野において、サイボーグの出現は工学システムと生物学的システムの統合が成功したことを表しています。
この研究は、電気刺激がどのようにしてクラゲの動きを開始し、加速させることができるかを示した以前の研究に基づいて、自発的な探索やさまざまな環境でのナビゲーションなどの極めて重要な課題に対処するために、動物の自然に体現された知性をどのように活用できるかを探る画期的なアプローチを提示しています。
、全身の動きの制御、および行動のリアルタイム予測。
私たちはクラゲを刺激するための包括的なデータ収集システムと独自のセットアップを開発し、クラゲの動きの詳細な研究を可能にしました。
自発的行動と標的刺激によって誘発される行動の両方を注意深く分析することにより、自然な運動パターンと誘発された運動パターンの微妙な違いを特定しました。
物理的リザーバーコンピューティングと呼ばれる機械学習手法を使用することで、刺激が動物の自然な力学と一致する場合、クラゲの体形を直接測定することで将来の行動を正確に予測できることを示すことに成功しました。
私たちの発見は、クラゲサイボーグの動作制御とリアルタイム予測能力の大幅な進歩も明らかにしました。
要約すると、この研究はクラゲサイボーグの能力を最適化するための包括的なロードマップを提供し、海洋偵察や持続可能な生態学的介入に潜在的な影響を及ぼします。

要約(オリジナル)

In the advanced field of bio-inspired robotics, the emergence of cyborgs represents the successful integration of engineering and biological systems. Building on previous research that showed how electrical stimuli could initiate and speed up a jellyfish’s movement, this study presents a groundbreaking approach that explores how the natural embodied intelligence of the animal can be harnessed to address pivotal challenges such as spontaneous exploration, navigation in various environments, control of whole-body motion, and real-time predictions of behavior. We have developed a comprehensive data acquisition system and a unique setup for stimulating jellyfish, allowing for a detailed study of their movements. Through careful analysis of both spontaneous behaviors and behaviors induced by targeted stimulation, we have identified subtle differences between natural and induced motion patterns. By using a machine learning method called physical reservoir computing, we have successfully shown that future behaviors can be accurately predicted by directly measuring the jellyfish’s body shape when the stimuli align with the animal’s natural dynamics. Our findings also reveal significant advancements in motion control and real-time prediction capabilities of jellyfish cyborgs. In summary, this research provides a comprehensive roadmap for optimizing the capabilities of jellyfish cyborgs, with potential implications in marine reconnaissance and sustainable ecological interventions.

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