日前，有報道稱，喝咖啡和散步是我們大多數(shù)人每天都會做的事情，但我們很少考慮為什么咖啡不會溢出來事實(shí)上，這包括許多物理原理

亞利桑那州立大學(xué)用于模擬人類處理復(fù)雜物體的推車擺系統(tǒng)示意圖顯示:球在圓杯中滾動的概念模型，通過非線性力學(xué)模型附著在移動推車上的擺，該模型用一組微分方程進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。

咖啡是裝在杯子里的熱攪動流體，它具有與杯子相互作用的內(nèi)在自由，杯子與人類載體相互作用。

亞利桑那州立大學(xué)電氣工程教授賴穎成說:雖然人類有與復(fù)雜物體互動的自然或自然能力，但我們對這些互動的理解，尤其是在數(shù)量層面，幾乎為零我們沒有意識去分析外界因素對我們互動的影響

可是，理解這些外部因素是機(jī)器人等應(yīng)用中的一個基本問題。

亞利桑那州立大學(xué)的布倫特華萊士博士說:在智能假肢的設(shè)計中，建立一個模仿人類肢體自然運(yùn)動的自然柔韌性模型變得越來越重要這些改進(jìn)讓用戶覺得義肢更加舒適自然

可以想象，在不久的將來，機(jī)器人將被部署在需要自然協(xié)調(diào)和運(yùn)動控制的復(fù)雜對象處理或控制的各種應(yīng)用中。

如果機(jī)器人被設(shè)計成以相對較短的步幅行走，則允許行走頻率發(fā)生相對較大的變化但是，如果你需要更長的步幅，你應(yīng)該仔細(xì)選擇行走頻率

《PHYSICAL REVIEW APPLIED》發(fā)表的一篇新論文《復(fù)雜對象控制中的同步變換》源于華萊士。

研究團(tuán)隊(duì)擴(kuò)展了《東北研究》最近進(jìn)行的一項(xiàng)開創(chuàng)性的虛擬實(shí)驗(yàn)研究，使用咖啡杯來固定范式，并添加了一個滾球來研究人類如何操縱復(fù)雜物體參與者故意有節(jié)奏地旋轉(zhuǎn)杯子，并可以改變力度和頻率，以確保球被控制

東北研究的研究表明，參與者傾向于選擇低頻或高頻策略，即通過杯子有節(jié)奏的運(yùn)動來處理復(fù)雜的物體。

一個顯著的發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)使用低頻策略時，振蕩表現(xiàn)為同相同步，但當(dāng)使用高頻策略時，會出現(xiàn)反相同步。

華萊士說:因?yàn)榈皖l和高頻都有效，可以想象，虛擬實(shí)驗(yàn)的一些參與者改變了策略這引起了疑問

華萊士問道:如何從與低頻策略相關(guān)的同相同步過渡到與高頻策略相關(guān)的反相同步，反之亦然同相和反相同步機(jī)制之間的界限在參數(shù)空間中是尖銳的，漸進(jìn)的還是復(fù)雜的

在華萊士好奇心的驅(qū)使下，利用擺的非線性動力學(xué)模型研究了同相和異相同步之間的轉(zhuǎn)換，該模型連接到受外部周期性驅(qū)動的移動小車上。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在弱強(qiáng)迫狀態(tài)下，伴隨著外部驅(qū)動頻率的變化，這種轉(zhuǎn)變是突然的，發(fā)生在共振頻率，利用線性系統(tǒng)控制理論可以完全理解。

在此范圍之外，同相和異相同步之間會出現(xiàn)一個過渡區(qū)域，在該區(qū)域中，臺車和擺錘的運(yùn)動不同步研究還發(fā)現(xiàn)，在低頻側(cè)的過渡區(qū)及其附近存在雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象

總的來說，研究結(jié)果表明，人類可以從一個同步吸引子切換到另一個同步吸引子，這種機(jī)制可以用來設(shè)計智能機(jī)器人，使其在不斷變化的環(huán)境中自適應(yīng)地處理復(fù)雜對象。

賴說，人類可能能夠熟練地使用同相和反相策略，并從一種策略平穩(wěn)地切換到另一種策略，甚至沒有意識到這一點(diǎn)這項(xiàng)研究的結(jié)果可用于將這些人類技能應(yīng)用于軟機(jī)器人和其他領(lǐng)域，如康復(fù)和腦機(jī)接口

除此之外，像在裝配線上給車身鋪設(shè)電線這樣瑣碎的任務(wù)，使用最先進(jìn)的機(jī)器仍然是不可能的。

華萊士說:對人類如何與環(huán)境動態(tài)互動的系統(tǒng)化，定量化理解，將永遠(yuǎn)改變我們設(shè)計世界的方式，并可能徹底改變智能假肢的設(shè)計，開創(chuàng)制造和自動化的新時代通過模仿人類在處理復(fù)雜對象時采用的動態(tài)有利行為，我們將能夠自動化以前認(rèn)為不可能的過程