《火的战车》开头的几个场景之一是一群奥林匹克运动员在沙滩上奔跑，背景音乐是巨大的器乐演奏。看着这群运动员随着音乐一起运动，很容易看出研究人员所说的同步运动的节奏。这种肢体运动的同步正是工程师和科学家们一直在努力创造的，他们致力于开发用于治疗脊髓损伤患者的自主机器人和外骨骼，这种设备能够提供更灵敏、更自然的肢体运动，而且能效更高。自从1961年首次证实中央模式发生器(CPG)的现代证据以来，神经生物学家一直在研究它的功能。最近，他们发现了生物运动步态和耦合振荡网络的相位模式之间的密切相似性。正是这种相似性激发了圣母大学与佐治亚理工学院合作进行的这项研究。什么是CPG?CPG是一组位于脊椎动物脊髓和无脊椎动物神经节的神经振荡器，它产生运动、呼吸和咀嚼等节奏模式——这些生理功能几乎是不由自主地协调的。CPG的一个独特的特性是，即使它接收来自大脑高级区域的简单输入信号，这些信号也依赖于小的自主神经网络(局部区域)来产生模式，而不是整个神经系统。这就是为什么当一个人感觉到鞋里有一块鹅卵石时，他会自动调整自己的步态。鹅卵石的“反馈”是整个身体都知道的事实，但是脚在没有等待大脑的特定额外输入的情况下进行调整。在身体的运动控制中没有时间延迟，这是当今自主机器人和外骨骼发展中仍然缺少的关键元素之一。
史汀生教授领导的研究小组Suman达塔的纳米技术和应用程序和Systems-driven中心主任节能集成纳米技术(提升),非常节能中心集体电子(EXCEL),使用新颖的仿生硬件模拟中央人民政府的工作方式。事实上，他的团队已经成功地演示了使用电容器进行双向耦合的低功率紧凑型纳米振荡器的硬件。达塔说:“我们发明了一种结构紧凑、节能的CPG硬件，它的功能就像人体中的神经振荡器一样。”“因为我们的硬件作为机器人或外骨骼的分散分布式运动控制，每个关节或肢体都可以由CPG网络进行局部控制。”然后利用反馈，整个机器人或外骨骼可以适应周围的环境。根据电子工程系博士后研究助理Sourav Dutta的说法，CPG反馈机制的一个优点是，例如，如果机器人的一条腿受伤了，它可以进行补偿。它仍然可以走路，只需要稍微改变一下走路方式。但是修改会实时发生，就像生物实体一样。美国圣母大学的研究人员在他们的CPG硬件中嵌入的一大优点是紧凑和节能。像神经元和突触一样，该团队使用的纳米级振荡器工作在低电流和低电压(约1伏特)下，并与一个超大尺寸的晶体管相连。该振荡器与简单的电容器耦合，也节省能源。之前在这一领域的工作涉及大量的“神经元和突触”，而不是纳米振荡器和大量的晶体管。“我们成功的展示了圣母院CPG硬件是第一步，”Dutta说。“然而，运动控制(动作)与感知(如何从环境中提取信息)和决策(在这种情况下，机器如何学习要执行什么逻辑动作)密切相关。”沿着这条路线，我们现在正在探索如何将CPG硬件与视觉、触觉和其他传感器连接起来，并使用反馈信号进行实时学习和驱动。除了Datta和Dutta，团队成员还包括来自圣母大学的Wriddhi Chakraborty、Jorge Gomez、Benjamin Grisafe、Matthew Jerry和Abhishek Khanna，以及来自乔治亚理工学院的Abhinav Parihar和Arijit Raychowdhury。该项目由国家科学基金会和半导体研究公司的子公司Nanoelectronics Research Corporation通过EXCEL提供支持。更多信息，请访问collectivecomputing.edu。
最早由Nina Welding于10月1日在conductorshare.nd.edu网站上发表。
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