Haptic Perception via the Dynamics of Flexible Body Inspired by an Ostrich’s Neck

要約

生物学的系では、皮膚の感度と身体の柔軟性の両方が、触覚的知覚において重要な役割を果たします。
完全に柔らかいロボットは、多くの場合、構造的な脆弱性と感覚処理の遅延に悩まされ、実用的な機能を制限します。
筋骨格系は、柔らかい材料の適応性と剛体ロボットの耐久性を組み合わせています。
また、動的および適応行動のために、形態学的構造が情報処理に寄与する形態学的計算を活用します。
この研究は、鳥の筋肉骨格系を通じて正確な触覚的知覚を可能にする鳥の嘆きの行動に焦点を当てています。
物理的な貯水池コンピューティングは、ダチョウの首に触発された柔軟な構造に適用され、触覚的知覚と物理的特性の関係を分析します。
物理ロボットとシミュレーションの両方を使用した実験により、適切な粘弾性があるため、柔軟な構造はオブジェクトの柔らかさを識別し、行動を通じてその情報を保持できることが明らかになりました。
ダチョウの首からのこれらの発見と解剖学的洞察を利用して、柔軟な構造で分離性と行動記憶の両方を示す触覚認識システムが提案され、迅速な学習とリアルタイムの推論を可能にします。
結果は、柔軟な構造のダイナミクスを通じて、多様な機能がマニピュレーターとしての元の設計を超えて出現する可能性があることを示しています。

要約(オリジナル)

In biological systems, both skin sensitivity and body flexibility play crucial roles in haptic perception. Fully soft robots often suffer from structural fragility and delayed sensory processing, limiting their practical functionality. The musculoskeletal system combines the adaptability of soft materials with the durability of rigid-body robots. It also leverages morphological computation, where the morphological structures contribute to information processing, for dynamic and adaptive behaviors. This study focuses on the pecking behaviors of birds, which enables precise haptic perception through the musculoskeletal system of their flexible neck. Physical reservoir computing is applied to flexible structures inspired by an ostrich neck to analyze the relationship between haptic perception and physical characteristics. Experiments with both a physical robot and simulations reveal that, with appropriate viscoelasticity, the flexible structure can discriminate object softness and retain that information through behavior. Drawing on these findings and anatomical insights from the ostrich neck, a haptic perception system is proposed that exhibits both separability and behavioral memory in flexible structures, enabling rapid learning and real-time inference. The results demonstrate that through the dynamics of flexible structures, diverse functions can emerge beyond their original design as manipulators.

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