Hedelmäkärpäsen digitaalinen kaksonen

EPFL:n tutkijat ovat kehittäneet hedelmäkärpäsen, Drosophila melanogasterin, digitaalisen mallin, joka simuloi realistisesti eläimen liikkeitä.

Digitaalinen kaksonen on iso askel kohti eläinten käyttäytymisen neuromekaanisen ohjauksen käänteissuunnittelua ja bioinspiroitujen robottien kehittämistä.

"Käytimme kahdenlaista dataa NeuroMechFlyn rakentamiseen", sanoo professori Pavan Ramdya EPFL:n Life Sciences -koulusta. "Ensin otimme oikean kärpäsen ja suoritimme TT-skannauksen rakentaaksemme morfologisesti realistisen biomekaanisen mallin. Toinen tietolähde olivat kärpäsen todelliset raajojen liikkeet, jotka saatiin käyttämällä asennonestimointiohjelmistoa, jonka olemme kehittäneet parin viime vuoden aikana, joiden avulla voimme seurata tarkasti eläimen liikkeitä."

Hedelmäkärpänen on biotieteiden yleisimmin käytetty hyönteinen ja pitkän tähtäimen oman tutkimuksen painopiste Ramdyanille, joka on työskennellyt tämän eläimen digitaalisen jäljittämisen ja mallintamisen parissa vuosia.

NeuroMechFly on monella tapaa hänen aiempien ponnistelujen huipentuma. Aikaisempien tutkimusten morfologisen ja kinemaattisen datan rajoittamana mallissa on itsenäisiä laskennallisia osia, jotka simuloivat hyönteisen kehon eri osia. Tämä sisältää biomekaanisen eksoskeletonin, jossa on nivelleviä kehon osia, kuten pää, jalat, siivet, vatsan segmentit, proboscis, antennit, riimut (elimet, jotka auttavat kärpästä mittaamaan omaa suuntautumistaan lennon aikana) ja hermoverkkojen "ohjaimet", joissa on moottorilähtö.

NeuroMechFly tarjoaa erittäin arvokkaan testialustan tutkimuksille, jotka edistävät biomekaniikkaa ja biorobotiikkaa, mutta vain siltä osin kuin se edustaa tarkasti todellista eläintä digitaalisessa ympäristössä. Tämän varmistaminen oli yksi tutkijoiden tärkeimmistä huolenaiheista. "Teimme validointikokeita, jotka osoittavat, että voimme toistaa läheisesti todellisen eläimen käyttäytymistä", Ramdya sanoo.

Kuten tutkimuspaperista käy ilmi, malli voi itse asiassa ennustaa erilaisia liikeparametreja, joita muuten ei mitata, kuten jalkojen vääntömomentit ja kosketusreaktiovoimat maahan. Lopuksi he pystyivät käyttämään NeuroMechFlyn kaikkia neuromekaanisia ominaisuuksia löytääkseen neuroverkko- ja lihasparametreja, jotka sallivat kärpäsen "juosta" tavoilla, jotka on optimoitu sekä nopeuden että vakauden kannalta.

NeuroMechFly on yhteisöprojekti. Sellaisenaan ohjelmisto on avoimen lähdekoodin ja tutkijoiden vapaasti käytettävissä ja muokattavissa. "Teimme työkalun, ei vain itsellemme, vaan myös muille. Siksi teimme siitä avoimen lähdekoodin ja modulaarisen ja annamme ohjeita sen käyttöön ja muokkaamiseen."

Aiheesta aiemmin:

Parempaa näkökykyä roboteille

Hyönteismäistä keveyttä ja laskentakykyä

Parveilevaa ja loikkivaa robottitekniikkaa