类章鱼肌肉静水体的拓扑、动力学与控制

肌肉静水体，如章鱼臂或象鼻，完全缺乏骨骼，因而具备卓越的灵活性与可重构性。其控制近乎无限自由度这一无与伦比的能力的关键在于肌纤维编织所依的架构。其排布实质上是一种精妙机械程序的实例化，它中介并很可能促进了复杂动态形态重构的控制与实现。在此，通过结合医学成像、生物力学数据、活体行为实验与数值模拟，我们综合出一个包含约 200 个连续肌群的章鱼臂模型，并开始揭示其复杂性。我们展示了三维臂部运动如何借助简单肌肉激活模板，从拓扑量的存储、传输与转换的角度得以理解。这些模板又可组合为更高层次的控制策略，并因臂的柔顺性而叠加，在一系列物体操控任务中得到演示，这些任务因需恰当对齐吸盘、感知并抓取而更显挑战。总体而言，我们的工作揭示了与肌肉静水体、机器人与动力学相关的广泛设计与算法原理，同时显著推进了我们从医学成像建模肌肉结构的能力，对人类健康与护理具有潜在意义。