В горе мусора или тесном лабиринте крысы способны бегать очень быстро, даже не пользуясь помощью зрения и ни разу не столкнувшись с препятствием. Их секрет — в их усиках, быстро дающих информацию об окружении. Компьютерная модель этих усиков позволит понять, как эта информация получается и обрабатывается мозгом — и в будущем создать роботов, покрытых чувствительными усиками для ориентации в пространстве.
Усатая модель: Новое чувство
После сканирования головы подопытной крысы ученые смогли воссоздать ее трехмерную модель в компьютере – включая усики

Стоит отметить, что среди всех млекопитающих человек — единственное, не имеющее усиков; львиную долю тактильной информации о мире мы получаем благодаря чувствительности ладоней и пальцев. Однако вопрос о том, как эта информация получается, обрабатывается и интерпретируется оказался сложен до невероятности. «В процессе участвует великое множество мышц, необходимо учитывать эластичность кожи, притом что мы вообще не можем в точности указать расположение рецепторов», — поясняет американская исследовательница Митра Хартманн (Mitra Hartmann).

Усики, по ее словам, для изучения намного проще. У той же крысы имеется 60 усиков (говоря строго, они называются вибриссами), каждая из которых укоренена в волосяной сумке, куда подходят сотни нервных окончаний. В тот момент, когда вибрисса касается объекта, рецепторные клетки фиксируют величину и направление ее изгиба. Эта информация передается в мозг, где происходит объединение информации со всех чувствительных вибрисс, что позволяет оценить форму, размер и расположение объекта.

Крыса может даже «ощупывать» заинтересовавший ее объект вибриссами почти так, как мы делаем это пальцами руки. Каждая вибрисса способна двигаться независимо от других, и каждая имеет собственный независимый «выход», связанную с ней группу нейронов мозга.

Изучение работы вибрисс ведут многие группы исследователей по всему миру, немало совершается попыток и создать искусственную систему «с усиками» — упомянем лишь посвященный этой теме международный проект ICEA, об успехах которого мы писали в заметке «Крысоробот действует». В помощь всем своим коллегам группа Митры Хартманн и создала трехмерную компьютерную модель системы крысиных вибрисс, которая была представлена сообществу на днях.

Подопытная крыса была помещена под трехмерный лазерный сканнер, который позволил снять детальные данные о морфологии их «носовой части», включая вибриссы, нос, челюсти и щеки. Поместив данные 3D-сканирования в компьютер, ученые применили к ней полученные на основе предыдущих исследований алгоритмы движения вибрисс в различных ситуациях. В итоге у них получилась действующая модель, имитирующая движения вибрисс крысы в ходе освоения ею окружающего пространства.

Теперь все желающие разработчики смогут использовать эту модель в процессе проектирования своих искусственных систем, созданий и роботов, имеющих весьма развитое «пятое чувство», тактильные ощущения. Ну а с ним автоматы смогут стать более аккуратными, точными и безопасными в любом своем движении. И более полезными — Митра Хартманн полагает, что использование покрытых вибриссами червеобразных роботов будет идеальным решением, скажем, для поиска микротрещин в трубопроводах.

По публикации ScienceNOW