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Programmable coupled oscillators for synchronized locomotion

机译:可编程耦合振荡器用于同步运动

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摘要

The striking similarity between biological locomotion gaits and the evolution of phase patterns in coupled oscillatory network can be traced to the role of central pattern generator located in the spinal cord. Bio-inspired robotics aim at harnessing this control approach for generation of rhythmic patterns for synchronized limb movement. Here, we utilize the phenomenon of synchronization and emergent spatiotemporal pattern from the interaction among coupled oscillators to generate a range of locomotion gait patterns. We experimentally demonstrate a central pattern generator network using capacitively coupled Vanadium Dioxide nano-oscillators. The coupled oscillators exhibit stable limit-cycle oscillations and tunable natural frequencies for real-time programmability of phase-pattern. The ultra-compact 1 Transistor-1 Resistor implementation of oscillator and bidirectional capacitive coupling allow small footprint area and low operating power. Compared to biomimetic CMOS based neuron and synapse models, our design simplifies on-chip implementation and real-time tunability by reducing the number of control parameters.
机译:生物运动步态与耦合振荡网络中相位模式演变之间的惊人相似之处可以追溯到位于脊髓中的中央模式发生器的作用。受生物启发的机器人技术旨在利用这种控制方法来生成使肢体同步运动的节奏模式。在这里,我们从耦合振荡器之间的相互作用中利用同步现象和时空时空模式来产生一系列的步态模式。我们通过实验证明了使用电容耦合的二氧化钒纳米振荡器的中央模式发生器网络。耦合的振荡器表现出稳定的极限周期振荡和可调谐的固有频率,以实现相位模式的实时可编程性。振荡器和双向电容耦合的超紧凑型1晶体管1电阻实现方案可实现较小的占位面积和较低的工作功率。与基于仿生CMOS的神经元和突触模型相比,我们的设计通过减少控制参数的数量简化了片上实现和实时可调性。

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