多亏了他们模仿七鳃鳗的游泳机器人，EPFL 的科学家们可能已经发现了为什么一些脊椎动物在脊髓损伤后能够保持其运动能力。这一发现还有助于提高用于搜救任务和环境监测的游泳机器人的性能。
EPFL 工程学院生物机器人实验室 (BioRob) 的科学家正在开发创新机器人，以研究动物的运动，并最终更好地了解运动产生背后的神经科学。一个这样的机器人是 AgnathaX，这是一种游泳机器人，它与来自 EPFL 以及东北大学、法国南特的 Institut Mines-Télécom Atlantique 和加拿大舍布鲁克大学的研究人员进行了一项国际研究。该研究刚刚发表在《科学机器人》上。
BioRob 的负责人 Auke Ijspeert 教授说：“我们对这个机器人的目标是检查神经系统如何处理感觉信息以产生特定类型的运动。” “这种机制很难在生物体中研究，因为中枢神经系统和外周神经系统的不同组成部分在脊髓内高度互连。这使得很难理解它们的动态以及它们对彼此的影响。”
AgnathaX 是一种长而起伏的游泳机器人，旨在模仿七鳃鳗，这是一种原始的鳗鱼状鱼。它包含一系列电机，驱动机器人的十个部分，复制七鳃鳗身体上的肌肉。该机器人还具有沿其各部分横向分布的力传感器，其工作方式类似于七鳃鳗皮肤上的压力敏感细胞，并检测水对动物的作用力。
图片来源：洛桑邦理工学院
研究团队用他们的机器人运行数学模型来模拟神经系统的不同组成部分，并更好地了解其复杂的动力学。“我们让 AgnathaX 在配备运动跟踪系统的游泳池中游泳，这样我们就可以测量机器人的运动，”博士 Laura Paez 说。BioRob 的学生。“当它游动时，我们有选择地激活和停用每个部分的神经系统的中枢和外周输入和输出，以便我们可以测试我们对所涉及的神经科学的假设。”
科学家们发现，中枢和外周神经系统都有助于产生强大的运动。让这两个系统协同工作的好处是，它提供了对神经中断的增强弹性，例如身体各部分之间的通信失败或无声的传感机制。“换句话说，通过利用中央和外围组件的组合，机器人可以抵抗更多的神经中断并保持高速游泳，而不是只有一种组件的机器人，”卡米洛梅洛说，该研究的合著者。“我们还发现机器人皮肤中的力传感器，以及机器人身体和水的物理相互作用，机器人的身体足以维持其起伏的运动。
这些发现可用于设计更有效的游泳机器人，用于搜救任务和环境监测。例如，控制器和力传感器科学家们开发的可以帮助此类机器人在流动扰动中导航，并更好地抵御其技术组件的损坏。该研究在神经科学领域也有影响。它证实了外围机制提供了可能被众所周知的中央机制所掩盖的重要功能。“这些外周机制可能在脊髓损伤后运动功能的恢复中发挥重要作用，因为原则上，脊髓不同部位之间不需要连接来维持沿身体的行波，”Robin Thandiackal 说，该研究的合著者。“这可以解释为什么一些脊椎动物在脊髓损伤后能够保持其运动能力。”
脊椎动物的运动通过一种复杂的机制发生，涉及中枢神经系统(即大脑和脊髓)和外周系统(即连接肌肉和感觉神经元的神经)。
从 1900 年代初开始，神经科学领域一直在争论如何确定运动所需的神经节律是如何产生和同步的。一些研究人员，如 Charles Scott Sherrington，提出节律主要由感觉反馈信号产生——或者换句话说，由外围机制产生。在那个视图中，鳍或肢体向一个方向移动，直到它触发一个感官信号，告诉它向另一个方向移动。其他研究人员，如 Thomas Graham Brown，提出节律是由中枢神经系统中的特定振荡回路产生的。从那时起，随着脊髓中可以产生协调节奏的神经回路的发现，中枢和外周机制之间的争论强烈转向中枢机制，
这项研究表明，这两个神经系统都很重要，它们都能够产生游泳运动，并且当它们结合在一起时，它们会产生比单独运动更强大的运动。
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