The time-delayed inverted pendulum: Implications for human balance control
Notice bibliographique
Résumé
The inverted pendulum is frequently used as a starting point for discussions of how human balance is maintained during standing and locomotion. Here we examine three experimental paradigms of time-delayed balance control: (1) mechanical inverted time-delayed pendulum, (2) stick balancing at the fingertip, and (3) human postural sway during quiet standing. Measurements of the transfer function (mechanical stick balancing) and the two-point correlation function (Hurst exponent) for the movements of the fingertip (real stick balancing) and the fluctuations in the center of pressure (postural sway) demonstrate that the upright fixed point is unstable in all three paradigms. These observations imply that the balanced state represents a more complex and bounded time-dependent state than a fixed-point attractor. Although mathematical models indicate that a sufficient condition for instability is for the time delay to make a corrective movement, tau(n), be greater than a critical delay tau(c) that is proportional to the length of the pendulum, this condition is satisfied only in the case of human stick balancing at the fingertip. Thus it is suggested that a common cause of instability in all three paradigms stems from the difficulty of controlling both the angle of the inverted pendulum and the position of the controller simultaneously using time-delayed feedback. Considerations of the problematic nature of control in the presence of delay and random perturbations ("noise") suggest that neural control for the upright position likely resembles an adaptive-type controller in which the displacement angle is allowed to drift for small displacements with active corrections made only when theta exceeds a threshold. This mechanism draws attention to an overlooked type of passive control that arises from the interplay between retarded variables and noise.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».