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Enregistrement W4411640023 · doi:10.1101/2025.06.23.661013

Controlling a simple model of bipedal walking to adapt to a wide range of target step lengths and step frequencies

2025· preprint· en· W4411640023 sur OpenAlexafffund
Sina Mehdizadeh, J. Maxwell Donelan

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueRobotic Locomotion and Control
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Institutes of Health Research
Mots-clésSimple (philosophy)Range (aeronautics)Computer scienceBipedalismControl theory (sociology)MathematicsArtificial intelligenceEngineeringAerospace engineeringGeologyControl (management)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract We tested whether the same principles of actuation and control that support steady-state walking are sufficient for robust, rapid gait adaptation over a wide range of step lengths and frequencies. We begin by demonstrating that periodic limit cycle gaits exist at combinations of step frequency and step length that span the full range of gaits achievable by humans. We demonstrate that open-loop local stability is not enough to rapidly transition to target gaits because some gaits in the gait space are unstable and the stable gaits have slow convergence rates. Next, we show that actuating with only one push-off and one hip spring of fixed stiffness cannot fully control the walker in the entire gait space. We solve this by adding a second hip spring with an independent stiffness with respect to the first one to actuate the second half of the swing phase. This allowed us to design local feedback controllers that provided rapid convergence to target gaits by making once-per-step adjustments to push-off and hip spring stiffnesses. To adapt to a range of target gaits that vary over time, we interpolated between local controllers. This policy performs well, accurately tracking rapidly varying combinations of target step length and step frequency with human-like response times across a wide range of human achievable gaits. To test whether this policy is biologically plausible, we use it with supervised learning to train an artificial neural network to perform nearly identical control. Author Summary People can rapidly adapt their walking gaits. In this study, we used a modeling approach to study whether control of walking adaptation is identical to control of steady state walking. We first demonstrate that the model can produce human-like gaits over a wide range of step lengths and step frequencies. However, we found that unlike steady state walking, the model does not transition between gaits quickly or reliably. To address this, we introduced an additional actuation to control the swing leg and used feedback control that applies once-per-step adjustments to the actuations. This enabled the model to rapidly converge to target gaits, even when the targets changed from one step to the next. To test whether this policy is biologically plausible, we use it with supervised learning to train an artificial neural network to perform nearly identical control. This work provides insights into the mechanisms of walking adaptation and has potential implications for the design of adaptive control in robotic and wearable assistive systems.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,625
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,012
Tête enseignante GPT0,207
Écart entre enseignants0,194 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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