教师研究重点:亨利·阿斯特利博士

我们问了阿斯特利博士几个关于他研究的问题。看看下面他的回答吧!

描述你的研究。

我的研究主要集中在动物运动的生物力学，在生物学和物理学的交叉。为了在环境中移动，动物必须使用生理过程来产生力，通过肌肉骨骼系统和形态传递这种力，并通过神经系统控制它，所有这些都是在有时机械复杂和异构的环境中导航。我使用各种系统来研究这些原理，包括蛇、青蛙和早期四足动物。蛇能够通过一个大大简化的身体计划穿越大量的环境，使用不同的控制策略和步态，如侧弯、横向波动和手肘运动，极大地改变它们与环境的相互作用。青蛙在弹射装置中使用弹性肌腱，使它们产生的跳跃力量远远超过肌肉力量的限制，显示出肌肉骨骼形态显著改变功能的潜力。早期四足动物通过原始的四肢和有限的控制，在一个新颖而具有挑战性的机械环境中移动，提出了一个有趣的生物力学难题。我使用生物系统上的各种技术(例如运动捕捉、高速视频、逆动力学、体外肌肉测试)来研究这些系统和其他系统，以及仿生机器人和机器人物理模型的构建，这使我们能够指挥不同的控制方案，并以可控的、可重复的方式对形态进行实验操作。

在您实验室工作的学生能获得哪些类型的技术专业知识?

阿斯特利实验室的学生将能够学习各种与活体动物和机器人系统打交道的技能。学生们将学习使用高速视频、动作捕捉技术、力传感器、肌电图和超声显微测量法(检测肌肉活动和长度)从活体动物身上收集生物力学数据，以及直接评估肌肉收缩特性的体外实验。这些数据可以使用诸如反向动力学等技术进行处理，该技术允许在运动过程中重建每个关节的扭矩和功率，以及系统发育比较方法，该方法可以测试进化时间的相关性，检测进化约束，并测试特征进化模型。机器人系统可以有双重目的，既可以展示对系统基本动力学的理解，也可以作为生物体的机器人物理模型，使我们能够以严格的、可重复的方式测试形态和行为，这在活生物体中通常是不可能的。学生将学习如何构建和控制机器人，包括编程、3D打印、设计软件、各种控制器板和集成传感器，最终生产他们自己的机器人系统来测试他们的论文假设。