< Terug naar vorige pagina

Project

Over hagedissen, evolutie en adaptieve machines.

Natuurlijke selectie resulteert bij dieren in veelvuldige morfologische, fysiologische en gedragsmatige aanpassingen om de variërende omgevingsdruk het hoofd te kunnen bieden. Omdat dit werkt op de evolutionaire tijdschaal (over generaties), ontwikkelden veel soorten bovendien plasticiteit om 'within lifetime-veranderingen' in hun omgeving te kunnen bufferen. Sensorisch-motorische flexibiliteit laten dieren toe om onvoorspelbare perturbaties in realtime te counteren. Voortbeweging is essentieel om te foerageren, te ontsnappen aan predatoren, het vinden van partners, etc.. Diverse aspecten van locomotie (bv. stabiliteit, manoeuvreerbaarheid) zijn ongetwijfeld geoptimaliseerd aan de specifieke niche door natuurlijke selectie. Dit stelt dieren in staat om, in elke tijdskader, te reageren op veranderingen in het milieu. De robotica schat deze natuurlijke inspiratiebron naar waarde, maar richtte zich daarbij in het verleden vooral op selectieve adaptaties (evolutieve tijdschaal) aan stabiele omgevingen (bv. terrestrisch versus aquatisch). Pas recent hadden ingenieurs ook aandacht voor de opmerkelijke veelzijdigheid van dieren - de manier waarop ze bijna moeiteloos hun voortbeweging aanpassen in respons op veranderingen in externe (bv. substraat, medium) of interne (bv. kwetsuren) omstandigheden. In tegenstelling tot dieren, lijken robots beperkt, star, kwetsbaar voor schade en dus overgeleverd aan onverwachte perturbaties. Met deze SEP-toelage starten we een doctoraatsstudie (1ste termijn) op de functionele morfologie en neuromechanica van locomotie bij lacertide hagedissen. Soorten van dit taxon ontwikkelen subtiele morfologische aanpassingen (bv. in teenlengte, klauwvorm) als antwoord op de drastische verschillen in hun habitat. We onderzoeken de kinematica en dynamica van specimens die worden gedwongen om zich in, voor hen, ongekend habitat voort te bewegen of waarvan de 'morfologie' plots wordt veranderd door gewrichten te blokkeren met braces. Om inzicht te verwerven in de flexibiliteit van het motorisch systeem en strategieën die worden ontwikkeld om om te gaan met de nieuwe omgeving of met de 'vorm'-perturbaties worden de resultaten vergeleken met de kinematica en dynamica van vrije locomotie in het 'natuurlijke' habitat. Vergelijking tussen eco-types moet licht werpen op de morfologische specialisaties die resulteren in de grootste gedragsmatige plasticiteit. Deze inzichten moeten worden getransfereerd naar de onderzoek in de AI en robotica dat zich richt op de ontwikkeling van adaptieve machines (op het vlak van morfologie, sensorisch-motorische systemen en controllers) die in realtime hun gedrag en eventueel ook hun morfologie kunnen aanpassen aan nieuwe omstandigheden. Ab initio zullen we hiervoor samenwerken met Prof. S. Rissi (REAL-lab at IT University, Copenhagen). Samen zullen we mogelijkheden voor verdere sponsoring en uitbreiding van het netwerk exploreren hetgeen uiteindelijk moet leiden tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Kort samengevat verwachten we de volgende stappen in het valorisatietraject: - optimiseren van gesimuleerde (vereenvoudige) robotsystemen om (a) criteria die gelijkaardige motorisch strategieën bepalen om om te gaan met ongekende omgevingen en perturbaties en om (b) het effect van subtiele morfologische verschillen op de gesimuleerde locomotie te identificeren; - her-interpreteren van de resultaten van de biologische experimenten op basis van de simulatie-resultaten [2]; - ontwikkelen van een (fysisch) prototype (op basis van de resultaten uit [1] en [2]), dat zijn gedrag, eventueel zijn morfologie, aanpast naargelang de specifieke condities; - testen van het prototype zoals in de 'hagedis'-experimenten: de sensori-motorische controle moet voorzien in nieuwe strategieën, eventueel nieuwe morfologieën, geschikt om verder te voort te bewegen in de vooraf ongekende condities.
Datum:1 dec 2019 →  30 nov 2021
Trefwoorden:MOTORISCHE CONTROLE, NEUROMECHANICA, MORFOLOGIE, SIMULATIEMODEL
Disciplines:Artificiële intelligentie niet elders geclassificeerd, Dierlijke morfologie, anatomie en fysiologie, Biomechanica, Motorische controle