Исследователи из Лаборатории интеллектуального биомиметического проектирования Пекинского университета совершили прорыв в понимании работы мышц рыб и нашли способ применить эти знания в робототехнике.
В серии исследований ученые показали, что мышцы рыб выполняют не только двигательную функцию, но и работают как датчики окружающей среды.
В первом эксперименте команда разработала 16-канальное устройство для регистрации внутримышечных электрических сигналов у свободно плавающих рыб. Сигналы синхронизировали с движениями тела в разных условиях течения — от ламинарных потоков до вихревых течений. С помощью глубокой нейронной сети ученые сопоставили эти данные с углами составов и точно восстановили положение тела рыбы в воде. Система также классифицировала режимы течения и скорости плавания, доказав, что мышечная активность несет информацию не только о движении, но и о гидродинамике среды.
Во втором исследовании, опубликованном в Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, ученые наблюдали за карпами кои в равномерном и вихревом течении. Выяснилось, что в ламинарном потоке мышечная активность предшествует движению тела — как обычно бывает при перемещении с помощью плавников. Но в вихревом течении картина менялась. Тело деформировалось под действием внешних сил, а мышцы реагировали уже после движения.
Это подтверждает идею о том, что мышцы рыб служат как исполнительными механизмами, так и компонентами сенсорной системы
Третий этап, описанный в Advaced Intelligent Systems, перенес биологические принципы в технику. Ученые обучили модель на данных о связи мышечной активности и движения хвоста у рыб. Модель выявила ключевые параметры: задержку, коэффициент усиления, демпфирование и собственную частоту. Самое важное: обученная на рыбах система успешно предсказала движения хвоста роботизированной рыбы без дополнительного переобучения — и превзошла по эффективности базовые модели глубокого обучения.
Эти результаты открывают путь к созданию нового поколения интеллектуальных подводных роботов, которые копируют не только форму живых существ, но и их сенсомоторную динамику, то есть способность чувствовать среду и адекватно реагировать на нее.
Ранее Наука Mail рассказывала, что крошечные роботы-узелки прыгают на два метра и переворачиваются в воздухе.
