Effects of sensorimotor delays and muscle force capacity limits on the performance of feedforward and feedback control in animals of different sizes
Notice bibliographique
Résumé
Animals rely on feedforward and feedback control for perturbation responses. When comparing terrestrial mammals of different sizes, we generally find that several features that affect perturbation responses change-larger animals have longer sensorimotor time delays, heavier body segments, and proportionally weaker muscles. We used simple computational models to study how control of fast perturbation responses is constrained by two limitations-sensorimotor delays and muscle force capacity-as a function of animal size. We developed two tasks representing common perturbation response scenarios in animal locomotion: a distributed mass pendulum approximating swing limb repositioning (swing task), and an inverted pendulum approximating whole body posture recovery (posture task). First, we used a normalized feedback control system to show how feedback response times can either be limited by the force generation capacity of muscles (force-limited), or by sensorimotor delays which constrain the maximum feedback gains that can be used to produce stable responses (delay-limited). Next, we used more detailed scaled models which represent the full size range of terrestrial mammals and parameterized the sensorimotor delays, maximum muscle forces, and inertial properties using scaling relationships from literature. Across animal size and in both tasks, we found that feedback control was primarily delay-limited-the fastest responses used a fraction of the available muscle force capacity. We compared feedback control to the fastest feedforward control strategy, and found that feedforward control response times were about four times faster than feedback control in the smallest animals, and around two times faster in the largest animals. For rapid perturbation responses, feedback control appears ineffective for terrestrial mammals of all sizes, as our simulated fastest response times exceeded available movement times. Thus, feedforward control strategies-including anticipatory adjustments, ballistic motor programs, and exploitation of intrinsic musculoskeletal dynamics-may be essential for reacting quickly to sudden and large perturbations in terrestrial mammals.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».