Projetando e implementando Simulações do Sistema Nervoso em LEGO Robots

Summary

É apresentada uma abordagem para a modelagem de rede neural na plataforma robótica LEGO Mindstorms. O método fornece uma ferramenta de simulação para invertebrados pesquisa em neurociência, tanto no laboratório de pesquisa e sala de aula. Esta técnica permite a investigação de princípios de controle de robôs biomiméticos.

Abstract

Nós apresentamos um método para usar o Mindstorms plataforma disponível comercialmente LEGO NXT robótica para testar sistemas de nível neurociência hipóteses. O primeiro passo do método é o de desenvolver um sistema de simulação de comportamentos nervoso reflexivas especiais de um organismo modelo adequado; aqui usamos a lagosta americana. Reflexos exteroceptivos mediadas por decussating (passagem) conexões neurais podem explicar táxis de um animal ou para longe de um estímulo, tal como descrito por Braitenberg e são particularmente bem adequado para investigação, utilizando a plataforma NXT. ¹ A simulação do sistema nervoso está programado utilizando software LabVIEW no LEGO plataforma Mindstorms. Uma vez que o sistema nervoso está sintonizado corretamente, experimentos comportamentais são executados no robô e sobre o animal sob condições ambientais idênticas. Ao controlar o meio sensorial experimentada pelas amostras, as diferenças nos resultados comportamentais podem ser observadas. Estas diferenças podem apontar para deficienc específicos no modelo de sistema nervoso e servem para informar a iteração do modelo para o comportamento particular em estudo. Este método permite a manipulação experimental do sistema nervoso electrónicos e serve como um meio para explorar neuroscience hipóteses especificamente em relação à base de neurofisiológicos simples comportamentos reflexivos inatas. O LEGO Mindstorms NXT kit fornece uma plataforma acessível e eficiente em que para testar esquemas de controle de robôs biomiméticos preliminares. A abordagem também é adequado para a sala de aula do ensino médio para servir de base para um hands-on baseada na investigação currículo Biorobotics.

Introduction

Investigações neurofisiológicas ao longo dos últimos 100 anos, têm ampliado enormemente nosso conhecimento da estrutura e função do sistema nervoso. No entanto, a maioria das pesquisas sistema nervoso até à data tem contado com o uso de preparações isoladas ou assuntos contidos. Embora tenha havido muitos esforços bem-sucedidos para registrar a atividade neural de se comportar livremente animais ^2-5, a abordagem biorobotic fornece uma ferramenta valiosa para permitir a manipulação do sistema nervoso, a fim de testar os sistemas de nível neurociência hipóteses ^6. Sistemas nervosos simulados operacionais em robôs podem ser experimentalmente manipulada e permitir a extensão de modelagem de software para o mundo físico. Esta abordagem tem sido bem implementado no mundo acadêmico ^7,8, mas o processo de construção de um robô biomimético para o teste de hipóteses pode ser caro e demorado. Apresenta-se um método para executar a abordagem biorobotic disponível comercialmente utilizando um k robóticaele (LEGO Mindstorms NXT 2.0). O objetivo deste método é fornecer uma maneira rápida e eficiente para testar sistemas de nível neurociência hipóteses sobre robótica ⁹ ou ¹⁰ incorporados simulações de rede neural bio-híbridos. Acelerar o processo de hipótese de experimentar melhora a produtividade de pesquisa. O simples plataforma LEGO Mindstorms fornece uma plataforma de teste para sensores biomiméticos e redes neurais que demonstrar usando a lagosta americana (Homarus americanus) como um organismo modelo. O método também fornece uma poderosa hands-on ferramenta pedagógica em sala de aula como os alunos podem projetar e manipular sistemas nervosos de seus próprios robôs ^11.

Protocol

1. Construir o modelo Robot Escolha um organismo modelo para o estudo que está bem representado na literatura neuroetológica. Invertebrados geralmente fazem bons candidatos, porque seu sistema nervoso relativamente simples foram bem estudados e são, basicamente, composta de reflexos inatos. Vamos demonstrar esta abordagem utilizando o Lobster americana, Homarus americanus. Escolha bem estudado comportamentos reflexivos para fins de modelagem. Nós escolhemos as respostas da lagosta a cur…

Representative Results

Entradas de garras de um lagosta no seu sistema nervoso mediar negociação obstáculo num ambiente novo. Figura 1 mostra uma imagem do vídeo usadas para analisar o comportamento de um robô LEGO (Figura 1A) e uma lagosta (Figura 1B) na arena de teste. A arena de teste foi inalterado entre os testes de robô e animal, exceto que a água foi esvaziado do tanque para os ensaios do robô. Resultados de rastreamento de vídeo são apresentados …

Discussion

Ao iniciar experimentos de simulação do sistema nervoso biorobotic, existem algumas orientações importantes a seguir. Escolhendo o organismo modelo certo é fundamental: escolher um organismo que é fácil de obter e manter. Invertebrados são ideais porque eles geralmente não necessitam de aprovação institucional para a experimentação e as suas necessidades de criação são menos exigentes do que aqueles dos vertebrados. De uma perspectiva científica, é benéfico para escolher um animal que tem um registro …