I ricercatori utilizzano la piattaforma robotica per studiare la rete riflessa dei gatti che camminano

Un gruppo di ricercatori dell’Università di Osaka ha sviluppato una piattaforma robotica quadrupede in grado di riprodurre la dinamica neuromuscolare degli animali (Figura 1), scoprendo che un’andatura costante e comportamenti sperimentali dei gatti che camminano sono emersi dal circuito riflesso negli esperimenti di camminata su questo robot. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati in Frontiere in Neurorobotica.

Si pensava che un’andatura stabile negli animali fosse generata da complessi sistemi nervosi nel cervello e nel midollo spinale; tuttavia, ricerche recenti mostrano che un’andatura stabile è prodotta dal solo circuito riflesso. Gli scienziati hanno scoperto un candidato del circuito riflesso per generare il movimento di deambulazione costante dei gatti, studiando i meccanismi di locomozione dei gatti riproducendo il loro controllo motorio utilizzando robot e simulazioni al computer.

Poiché gli esperimenti sugli animali sono rigorosamente controllati e limitati in termini di protezione degli animali, è difficile studiare la locomozione degli animali. Quindi, non è ancora noto come i sistemi nervosi scoperti nella ricerca precedente siano integrati (cioè come siano integrati i circuiti riflessi responsabili della locomozione animale) nel corpo animale.

Toyoaki Tanikawa e il suo assistente professore YoichiMasuda e il professor MasatoIshikawa hanno sviluppato un robot a quattro zampe che consente la riproduzione del controllo motorio degli animali utilizzando i computer. Questo robot quadrupede, che comprende gambe altamente guidabili all’indietro per riprodurre la flessibilità degli animali e motori a coppia controllabile, può riprodurre le caratteristiche muscolari degli animali. Pertanto, è possibile condurre vari esperimenti utilizzando questo robot al posto degli animali stessi.

Cercando il circuito riflesso che contribuisce alla generazione di una camminata costante nei gatti attraverso esperimenti robotici, i ricercatori hanno trovato un semplice circuito riflesso che potrebbe produrre traiettorie delle gambe e un modello di andatura stabile, che hanno chiamato “riflesso eccitatorio reciproco tra anca e ginocchio estensori.”

In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che:

• Il robot ha generato movimenti di camminata costanti semplicemente riproducendo il circuito reciproco in ciascuna gamba del robot.
• L’andatura del robot è diventata instabile quando il circuito reciproco è stato interrotto.
• Quando il circuito eccitatorio reciproco veniva stimolato, il circuito produceva un fenomeno chiamato “prolungamento della fase di appoggio”. Questo risultato suggerisce che questo circuito è un componente importante responsabile della deambulazione nei gatti.

I risultati della ricerca di questo gruppo andranno a beneficio sia del campo della biologia che della robotica. Oltre a portare nuove conoscenze alla biologia, se gli animali robotici potessero servire in futuro come sostituti di animali reali, darà a più scienziati la possibilità di studiare i meccanismi della locomozione animale in varie condizioni sperimentali. L’approssimazione della struttura di un robot a quella di un animale porterà allo sviluppo di tecnologie fondamentali per realizzare robot che si muovano e si muovano con la stessa efficacia degli animali.

Il coautore Yoichi Masuda afferma: “Acquisire conoscenze sugli animali senza utilizzare animali da esperimento è significativo anche per gli esseri umani che vivono con loro. Un’ulteriore combinazione di robotica e biologia attraverso la creazione di robot che imitano le strutture degli animali e la loro locomozione potrebbe diventare il primo passo verso la comprensione dei principi alla base dei comportamenti degli animali e dell’uomo”.