Поиск по сайту
Проект публикации книги «Познай самого себя»
Узнать, насколько это интересно. Принять участие.
Короткий адрес страницы: fornit.ru/2428
Содержание журнала Достижения науки, техники и культуры
Ссылка на первоисточник статьи: http://www.popmech.ru/article/9650-legkiy-beg/.

Легкий бег: Движущиеся модели

«Ноги сами знают», что делать. Главный секрет кроется в устройстве конечности. Роботам будущего не придется применять сверхсложные алгоритмы и вычислительную мощь, чтобы просчитать каждый следующий шаг, следить за каждой деталью.

Биомеханические исследования показывают, что переход от ходьбы к бегу на той же скорости у нас происходит совершенно без каких-либо лишних затрат энергии.
Элегантность и эффективность ходьбы и бега завораживает любого, кто задумается над этим. Особенно эти процессы интересуют инженеров, которые бьются над тем, чтобы научить роботов тому же. Напомним, что лишь недавно был представлен первый робот, способный полноценно бегать – притом, что больше ни на что он неспособен («На двух ногах»). Тогда как от здорового взрослого человека ни шаг, ни бег не требуют сколько-нибудь значительных усилий. Все происходит легко, естественно и без участия сознания. «Ноги сами знают», что делать.
Лишь в последние годы эксперты в области биомеханики начали постигать детали механизмов нашей ходьбы и бега, и того, почему вмешательство высших отделов нервной системы требуется лишь изредка, чтобы отдать команду – скажем, «Побежали!» И выводы, сделанные учеными, обнадеживают: главный секрет кроется в устройстве конечности. Роботам будущего не придется применять сверхсложные алгоритмы и вычислительную мощь, чтобы просчитать каждый следующий шаг, следить за каждой деталью... Все естественно просто.
Неплохой иллюстрацией разницы в подходах служит сравнение беспилотника, напичканного сложной электроникой для контроля за полетом и удержанием в нужном положении – с дротиком для игры в дартс, сама конструкция которого стабилизирует его полет. Осталось лишь немного: понять, как именно конструкция наших ног обеспечивает оптимальное движение, с минимальным контролем и вмешательством со стороны нервной системы.
Один из подходов к этому состоит в том, чтобы рассматривать ногу, совершающую шаг, в качестве обращенного (перевернутого) маятника, с опорой у земли и с грузом тела, «подвешенным» сверху. При переходе на бег к этой системе добавляется пружинная составляющая. В такой модели движение можно контролировать с помощью небольшого набора варьируемых параметров, включая длительность и размер шага, высоту подъема ноги. Целый ряд исследований показал, что эта модель может служить вполне обоснованным приближением к реальному процессу ходьбы и бега.
Однако в рамках этого описания, создавая на его основе компьютерные модели, до сих пор не удавалось добиться естественного перехода от ходьбы к бегу – в момент перехода система теряла стабильность, и если б это был реальный человек или робот, он попросту бы падал каждый раз, переходя на бег. Лишь недавно работающим в Германии ученым удалось найти секрет этого перехода.
Ученые рассмотрели все «пространство» движения при ходьбе и беге и показали, что оба они содержат области стабильности и нестабильности. Затем они вполне логично допустили, что движение в любом случае должно происходить в областях стабильности – однако при переходе от одного к другому возможно кратковременное пребывание и в нестабильных регионах. Представьте, что ходьба с точки зрения биомеханики – это впадина, на дне в которой шарик может оставаться спокойно, но для попадания в другую впадину, соответствующую бегу, ему придется проскочить через нестабильное положение на «перевале» между ними. Зато, забравшись на этот «перевал», он легко «скатится» к новому стабильному положению.
Интересно, что авторы работы показали, что сравнение со впадинами и перевалом не совсем корректно: дополнительной энергии, чтобы вывести систему из равновесия, не требуется. Осталось лишь разобраться, как именно устройство наших конечностей обеспечивает эти переходы, какие параметры при этом варьируются и как именно. Теория готова – дело за практикой, а там – и за роботами, легко переходящими с ходьбы на бег и обратно. Почти без участия мощных компьютеров и сложных алгоритмов.

По публикации MIT Technology Review / Physics ArXiv Blog


Обсуждение Сообщений: 5. Последнее - 09.09.2011г. 4:06:20


Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)

   
Архив новостей
Анонсы новостей сайтов-участников    http://www.scorcher.ru/xml/news.rss - что это?
Скромное очарование этологических теорий разумности
О том, как конкретно возможно определять наличие психический явлений у организмов: Скромное очарование этологических теорий разумности.
04-12-2016г.

Субъективные модели действительности
Обзор эволюционного появления субъективных моделей действительности: Субъективные модели действительности.
30-11-2016г.

Словарный запас, используемый в тексте
Словарный запас, используемый в тексте, сколько раз используются слова (по убыванию числа): Статистика слов в тексте
25-11-2016г.

Книга по психологии
Книга по психологии - в поддержку проекта публикации.
30-09-2016г.

От рефлексов к произвольности
Переход рефлекторно сформированного действия в произвольно организованные автоматизмы:
От рефлексов к произвольности.
03-09-2016г.

Психическое явление Интерес или Инициатива наказуема?
Психическое явление Интерес или Инициатива наказуема?
17-08-2016г.

Психическое явление Превосходство
Об адаптивной роли явления превосходства, начиная с базовых механизмов реализации осознанного внимания: Психическое явление Превосходство.
09-08-2016г.

Иллюзия счастья или Стратегическая ошибка сапиенсов
Про уход от реальности или пренебрежение активной адаптивностью: Иллюзия счастья или Стратегическая ошибка сапиенсов
20-06-2016г.

Как правильно выйти замуж
Вопрос: как не продешевить с замужеством - один из актуальных.
Как правильно выйти замуж.
30-05-2016г.

Тестирование личных представлений о системной нейрофизиологии
Самопроверься перед участием в дискуссиях об интеллекте и разуме: Тестирование личных представлений о системной нейрофизиологии.
24-05-2016г.

Активность
Главная
Темы
Показы
Полезное
О сайте
Яндекс.Метрика
 посетителейзаходов
сегодня:33
вчера:22
Всего:15271592