Nature’s All-in-One: Multitasking Robots Inspired by Dung Beetles

要約

フンコロガシは、6本の脚を同時に見事に調整して、大きな糞玉を効果的に転がします。
また、さまざまな地形で重さの異なる糞球を転がすこともできます。
さまざまな条件下で、歩行と同時にボールを転がす（マルチタスク行動）ために、彼らの運動コマンドがどのように適応されるのかの基礎となるメカニズムはまだわかっていません。
したがって、この研究では、フンコロガシがどのように糞ボールを転がすのか、そしてマルチタスクロボットのためにさまざまな地形上で安定してボールを転がすために足の動きを適応させるのかのメカニズムを解明します。
私たちは、フンコロガシのボールを転がす行動の行動学的観察に触発され、それに基づいて、モジュール式のニューラルベースの移動操作制御を合成します。
提案されたニューラル ベースの制御には、中央パターン ジェネレーター (CPG) モジュール、パターン形成ネットワーク (PFN) モジュール、ロボット方向制御 (ROC) モジュールなど、さまざまなニューラル モジュールが含まれています。
統合された神経制御機構は、生体力学的な足を備えた糞虫型ロボット (ALPHA) を首尾よく制御し、さまざまな地形 (平らな場所やでこぼこした場所) で適応性のあるロバスト (マルチタスク) 移動操作 (歩行やボール転がし) を実行できます。
異なるボール重量（2.0kgと4.6kg）やボールタイプ（軟式と硬式）にも対応できます。
この制御メカニズムは、マルチタスクロボットの複雑な感覚と運動の協調を解決するための指針として機能します。
さらに、この研究は、動物の複雑な適応（マルチタスク）運動操作行動のための感覚運動協調の科学的理解を強化することにより、生物学的研究に貢献します。

要約(オリジナル)

Dung beetles impressively coordinate their six legs simultaneously to effectively roll large dung balls. They are also capable of rolling dung balls varying in the weight on different terrains. The mechanisms underlying how their motor commands are adapted to walk and simultaneously roll balls (multitasking behavior) under different conditions remain unknown. Therefore, this study unravels the mechanisms of how dung beetles roll dung balls and adapt their leg movements to stably roll balls over different terrains for multitasking robots. We synthesize a modular neural-based loco-manipulation control inspired by and based on ethological observations of the ball-rolling behavior of dung beetles. The proposed neural-based control contains various neural modules, including a central pattern generator (CPG) module, a pattern formation network (PFN) module, and a robot orientation control (ROC) module. The integrated neural control mechanisms can successfully control a dung beetle-like robot (ALPHA) with biomechanical feet to perform adaptive robust (multitasking) loco-manipulation (walking and ball-rolling) on various terrains (flat and uneven). It can also deal with different ball weights (2.0 and 4.6 kg) and ball types (soft and rigid). The control mechanisms can serve as guiding principles for solving complex sensory-motor coordination for multitasking robots. Furthermore, this study contributes to biological research by enhancing our scientific understanding of sensory-motor coordination for complex adaptive (multitasking) loco-manipulation behavior in animals.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google