冗余执行器系统中末端执行器与关节自由度的协调动力学及灵活性维持机制

《Scientific Reports》：Concurrent synchronization and covariation in upper extremity joint angles during a reciprocal aiming task

　　生态动力学方法认为运动是自组织的，这意味着末端执行器的运动学与自由度协调为协同之间存在循环因果关系。然而，这种循环因果关系在冗余执行器系统中如何体现仍缺乏探索，因为缺乏适用于多自由度系统的适当模型。因此，我们同时研究了具有不同目标宽度和距离的交替瞄准任务中末端执行器的协调动力学和上肢关节角度（作为自由度）的协调动力学。结果显示，不同关节角度与末端执行器之间的关系各不相同。连续相对相位分析表明，运动范围最大的三个关节角度与末端执行器同步，提示层级之间存在强烈的动力学耦合。同时，所有关节角度都表现出末端执行器所不具备的变异性。去趋势波动分析揭示了自由度层面残余变异性中分形特征和漂移的签名，提示存在不同的动力学状态。此外，关节角度中观察到的漂移主要沿着不受控流形发生，对末端执行器没有影响。我们提出，冗余系统的自由度不仅通过协同协调来稳定末端执行器，还用于保持系统的灵活性。