據說四足動物的共同祖先走路時軀幹都像蜥蜴一樣彎曲（蜥蜴式步態）。日本東北大學電氣通訊研究所的石黑章夫教授、加納剛史副教授和鈴木朱羅（參加研究時正在讀博士），與瑞士洛桑聯邦理工學院的Auke Jan Ijspeert教授組成的研究團隊，查明瞭蜥蜴式步態能夠產生全身運動控制機制的原理，明確了「四肢與軀幹行程時相互輔助彼此的動作」這個非常簡單的控制規則，同時還全球首次成功再現了蜥蜴式步態的模式隨着行程速度發生的變化。該成果有助於明確四足動物巧妙地操控全身運動的機制以及開發新的機器人。相關成果已線上發佈於Frontiers in Neurorobotics上。
蜥蜴等彎曲軀幹行走的樣子。透過合理組合四肢與軀幹的運動可以大步行走（圖片由東北大學電氣通訊研究所提供）
地球上有各種各樣的四足動物，它們的共同點是，不僅利用四條腿，還利用包括頭部、尾部和軀幹部等在内的全身協調運動來行程。如果能明確這些四足動物共同存在的全身運動的生成機制，不僅能加深對動物出色的運動能力的生物學認識，還有望應用於工學領域，作爲在自然環境中自由行動的活躍機器人的控制策略。
在蜥蜴式步態中，四肢和軀幹的運動會隨着行程速度等條件而變化，因此認爲這種現象的背後存在存在一種機制，可以根據情況靈活改變生成的全身運動。此外，呈現蜥蜴式步態的生物的神經廻路與狗和貓等哺乳類動物的神經廻路相比結構更簡單，因此蜥蜴式步態與其他四足動物的動作相比可能是透過更簡單的運動控制機制實施的。此外，足跡化石等表明，現有四足動物的共同祖先——原始四足動物也使用蜥蜴式步態，這種步態中可能包含着四足動物共同的運動控制的本質。
雖然蜥蜴式步態對明確全身運動控制方面的重要性已被提出，但此前一直不清楚蜥蜴式步態是透過何種控制機制實施的。
研究團隊採用了透過類比再現動物的運動來調查其機制的方法。因爲關於神經功能和身體運動的資訊很容易測量，可以在各種實驗情境下獲得具有複製性的結果。
在實際的研究中，研究團隊爲機器人安裝控制律，應答了其行為。該機器人在有10個關節的軀幹部連接了有2個關節的腿部。控制律大致分爲3種控制機制，分別負責「四肢的協調」、「軀幹的協調」和「四肢與軀幹的協調」。各個機制的功能如下：在腿部受力期間，確保腿部直接持續支撐身體的「四肢協調控制」；確保各個關節的角度追隨前方關節角度的「軀幹協調控制」；根據彼此的動作進一步增加步幅的「四肢與軀幹的協調控制」。
類比實驗證實了可以呈現穩定的蜥蜴式步態。另外還發現，四肢和軀幹的運動會隨着行程速度和身體結構等參數而變化。研究應答，這些步態模式的變化與真實動物的行為基本一致，證明了所提出的控制律的合理性。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
