NeuroMechFly: морфологически реалистичная биомеханическая модель мухи

Муха по полю пошла....

NeuroMechFly, первый точный "цифровой двойник" мухи Drosophila melanogaster, представляет собой очень ценный испытательный стенд для исследований, направленных на развитие биомеханики и биоробототехники.

"Для создания NeuroMechFly мы использовали два вида данных", - говорит профессор Паван Рамдья из Школы наук о жизни при Федеральной политехнической школе Лозанны (EPFL). "Сначала мы взяли настоящую муху и провели компьютерную томографию, чтобы построить морфологически реалистичную биомеханическую модель. Вторым источником данных были реальные движения конечностей мухи, полученные с помощью программного обеспечения для оценки позы, которое мы разработали за последние пару лет и которое позволяет нам точно отслеживать движения животного".

Сегодня (11 мая 2022 года) группа Рамдьи совместно с группой профессора Ауке Иджсперта из лаборатории биоробототехники EPFL публикует в журнале Nature Methods работу, демонстрирующую первого в истории точного "цифрового двойника" мухи Drosophila melanogaster, получившего название "NeuroMechFly".

Дрозофила - наиболее часто используемое насекомое в науках о жизни и долгосрочное направление исследований самого Рамдьи, который уже много лет работает над цифровым отслеживанием и моделированием этого животного. В 2019 году его группа опубликовала DeepFly3D, программное обеспечение для захвата движения на основе глубокого обучения, которое использует несколько видов камер для количественной оценки движений дрозофилы в трехмерном пространстве.

Дроздофилла

Продолжая тему глубокого обучения, в 2021 году группа Рамдьи опубликовала LiftPose3D, метод реконструкции трехмерных поз животных по двумерным изображениям, полученным с одной камеры. Подобные прорывы обеспечили бурно развивающиеся области нейронауки и робототехники, вдохновленной животными, инструментами, полезность которых невозможно переоценить.

Во многих отношениях NeuroMechFly представляет собой кульминацию всех этих усилий. Ограниченная морфологическими и кинематическими данными предыдущих исследований, модель включает независимые вычислительные части, которые имитируют различные части тела насекомого.

Обратите внимание: Эволюция языка имеет черты эволюции биологических систем.

Сюда входит биомеханический экзоскелет с сочленяющимися частями тела, такими как голова, ноги, крылья, брюшные сегменты, хоботок, антенны, хальтеры (органы, которые помогают мухе измерять собственную ориентацию во время полета), а также нейросетевые "контроллеры" с двигательным выходом.

Зачем создавать цифрового двойника дрозофилы?

"Как мы узнаем, когда поймем систему?" - говорит Рамдья. "Один из способов - это возможность воссоздать ее. Мы можем попытаться создать роботизированную муху, но гораздо быстрее и проще создать симуляцию животного. Поэтому одна из основных мотиваций этой работы - начать строить модель, объединяющую то, что мы знаем о нервной системе и биомеханике мухи, чтобы проверить, достаточно ли этого для объяснения ее поведения".

"Когда мы проводим эксперименты, мы часто руководствуемся гипотезами", - добавляет он. "До сих пор мы полагались на интуицию и логику, чтобы сформулировать гипотезы и предсказания. Но поскольку нейронаука становится все сложнее, мы все больше полагаемся на модели, которые могут объединить множество взаимосвязанных компонентов, воспроизвести их и предсказать, что может произойти, если внести изменения здесь или там".

NeuroMechFly представляет собой очень ценный испытательный стенд для исследований, направленных на развитие биомеханики и биоробототехники, но только до тех пор, пока он точно представляет реальное животное в цифровой среде. Проверка этого факта была одной из главных задач исследователей. "Мы провели проверочные эксперименты, которые показали, что мы можем точно воспроизвести поведение реального животного", - говорит Рамдья.

Источник тут

#наука #робот

Еще по теме здесь: Новости науки и техники.

Источник: NeuroMechFly: морфологически реалистичная биомеханическая модель мухи.

Написать комментарий