В области робототехники мотивация к эмуляции человеческого движения обусловлена распространением гуманоидных роботов и желанием наделить их человеческими характеристиками перемещения.
Вдохновленные человеческим поведением, ранние работы в области управления роботами кодировали задачи и различные ограничения в искусственных потенциальных полях, фиксируя человеческое целевое поведение. Позднее эта концепция была формализована в целевых оперативно-динамичных космических рамках.
Совсем недавно эта формулировка была расширена для решения проблемы управления всеми телами гуманоидных роботов и успешно подтверждена на физических роботах. Концепция обеспечивает многозадачную приоритизированную архитектуру управления, позволяющую одновременно выполнять несколько задач в иерархическом порядке, аналогично естественному движению человека.
Одной из основных трудностей, связанных с прогнозированием и синтезом человеческого движения, является избыточное разрешение. Будь то получение понимания движения человека или синтез естественного движения в гуманоидных роботах, особенно актуальным классом движений является целенаправленное достижение цели.
При наличии конкретной цели, прогнозирование кинематически избыточного движения конечностей является проблемой выбора одного из множества решений по управлению, каждое из которых дает кинематически осуществимые решения.
Было отмечено, что люди решают эту проблему избыточности относительно последовательно. По этой причине математические модели зарекомендовали себя как ценные инструменты для прогнозирования управления двигателем.
Эти модели часто характеризуют некоторые элементы опорно-двигательного аппарата. Полезно рассмотреть аналогичную меру, которая кодирует информацию об общей костно-мышечной системе, чтобы учесть задействование мышц и их избыточность.
Активация, представляющая собой нормализованную нагрузку на мышцы, является естественной отправной точкой для построения такой меры. В частности, величина вектора активации мышц использовалась в качестве критерия оптимизации как при статической, так и при динамической оптимизации. Использование моделирующей характеристики мышечной системы, которая учитывает кинематические и силовые свойства мышц, имеет решающее значение для достоверного моделирования движения человека, поскольку движения человека часто связаны с физиологическими ограничениями.
Существует роботизированный подход к синтезу движения человека с использованием структуры "задача-пространство". С этой целью введены прямое маркерное управление для реконструкции движения человека, критерий минимизации энергозатрат и новые метрики для динамической характеризации работоспособности человека.
В результате получается динамический биомеханический профиль человеческой деятельности, который облегчает моделирование движения человека. Эти подходы были протестированы в ходе обширных экспериментов на людях, включая мастера боевых искусств и профессионального футболиста.
Результаты показали, что эти опытные практики стремятся минимизировать мышечное усилие, следуя при этом линии максимально возможных ускорений при выполнении задания.
Эти результаты подтверждают прогноз о том, что в физиологических условиях движения человека, обусловленные поставленными задачами, возникают в результате использования биомеханических преимуществ опорно-двигательного аппарата человека в условиях физиологических ограничений.