最近，美國亞利桑那大學(xué)造出一種機(jī)器人腿設(shè)備，研究人員將人體組織系統(tǒng)所擁有的神經(jīng)結(jié)構(gòu)、肌肉骨骼構(gòu)架和傳感反饋路徑進(jìn)行一定簡化后，用在機(jī)器人腿上，在模擬人類走路步態(tài)時(shí)，幾乎能以假亂真。研究人員認(rèn)為，這是第一個(gè)達(dá)到了生物行為精確度的完整行走模型。相關(guān)論文發(fā)表在2012年7月6日的《神經(jīng)工程雜志》上。

這種“兩足機(jī)器”建立在人類肌肉神經(jīng)結(jié)構(gòu)的原理上，通過韌帶肌肉模擬收縮/舒張肌行為。人類走路系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是中樞模式發(fā)生器（CPG），是一個(gè)位于腰部脊髓區(qū)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人體不同部分接受環(huán)境刺激會產(chǎn)生反應(yīng)，CPG收集這些反應(yīng)信息，產(chǎn)生節(jié)奏肌肉信號并對這些信號進(jìn)行控制。這一機(jī)制讓人能自由行走而無需思考該怎么走。

最簡單的CPG形式是一種半中樞，僅由兩個(gè)神經(jīng)元組成，分別發(fā)出信號和產(chǎn)生節(jié)奏。機(jī)器人腿的神經(jīng)系統(tǒng)是一個(gè)人造半中樞振蕩器，再加一些將信息反饋給半中樞的傳感器，包括負(fù)荷傳感器，當(dāng)腿受到來自路面的壓力時(shí)，把壓力傳給肢體。論文合著者特麗莎?克萊因說：“我們造出的行走模型，只需一個(gè)簡單的半中樞來控制臀部，一套刺激反應(yīng)器來控制下面的肢體，就能模仿人類走路步態(tài)而無需平衡。”

這種機(jī)器人系統(tǒng)模型代表了一個(gè)完整的生理或“神經(jīng)機(jī)器人”，有助于研究人類和動物行走的神經(jīng)生理過程、發(fā)展嬰兒學(xué)步理論，幫人們理解脊髓損傷病人恢復(fù)行走能力的機(jī)制。

研究人員推測，嬰兒學(xué)走路也是從簡單的半中樞開始的，一段時(shí)間后，嬰兒通過學(xué)習(xí)建立起一張“網(wǎng)”，以適應(yīng)更復(fù)雜走路方式。這也解釋了為什么把嬰兒放在跑步機(jī)上時(shí)，他們會表現(xiàn)一些簡單的走路姿勢，因?yàn)樵谒麄冮_始學(xué)走路之前，一個(gè)簡單的半中樞已經(jīng)存在。“這種支持網(wǎng)絡(luò)可能也是形成CPG的核心，這解釋了為何那些脊髓受傷的人在受傷后幾個(gè)月內(nèi)，通過適當(dāng)刺激還能恢復(fù)行走能力。”克萊因說。