Robots are still poor at traversing cluttered large obstacles required for important applications like search and rescue. By contrast, animals are excellent at doing so, often using direct physical interaction with obstacles rather than avoiding them. Here, towards understanding the dynamics of cluttered obstacle traversal, we developed a minimalistic stochastic dynamics simulation inspired by our recent study of insects traversing grass-like beams. The 2-D model system consists of a forward self-propelled circular locomotor translating on a frictionless level plane with a lateral random force and interacting with two adjacent horizontal beams that form a gate. We found that traversal probability increases monotonically with propulsive force, but first increases then decreases with random force magnitude. For asymmetric beams with different stiffness, traversal is more likely towards the side of the less stiff beam. These observations are in accord with those expected from a potential energy landscape approach. Furthermore, we extended the single gate in a lattice configuration to form a large cluttered obstacle field. A Markov chain Monte Carlo method was applied to predict traversal in the large field, using the input-output probability map obtained from single gate simulations. This method achieved high accuracy in predicting the statistical distribution of the final location of the body within the obstacle field, while saving computation time by a factor of 10^5.
翻译:机器人在搜索和救援等重要应用所需的巨大障碍中仍然难以穿越。 相比之下, 动物在这样做时非常出色, 通常使用直接物理互动与障碍而不是避免障碍。 在这里, 为了了解障碍穿梭的动态, 我们开发了一种最小的随机动态模拟, 由我们最近对昆虫穿梭草样光束的研究所启发。 2D 模型系统由前推进的自动循环电路转换器组成, 在无摩擦水平平面上, 带有横向随机力量, 并与形成大门的两个相邻的横向横梁互动。 我们发现, 跨轨概率会随着推动力而增加单质, 但是首先会随着随机的强度而增加。 对于具有不同僵硬度的不对称光束, 我们开发了一个最小的随机性随机性动态模拟。 这些观测与潜在能源景观方法的预期一致。 此外, 我们扩展了单扇门结构, 形成一个巨大的屏障场。 我们使用Markov 连锁 蒙特卡洛 方法, 用来预测跨轨概率, 并用一个高空域的模型 预测了 10 的模型, 的模型在大空域内, 实现了 的模型 的 的 的预测测距 的模型,, 的 的 的 的 实现了 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的