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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.95.2022.tde-19092022-143101
Document
Auteur
Nom complet
Renata Biaggi Biazzi
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2022
Directeur
Jury
Takahashi, Daniel Yasumasa (Président)
Ghanzafar, Asif
Gómez-marin, Àlex
Kinouchi Filho, Osame
Titre en anglais
Convergent evolution in silico reveals shape and dynamic principles of directed locomotion on the ground
Mots-clés en anglais
Convergent evolution
Evolutionary algorithm
Morphological principles
Soft robots
Resumé en anglais
Active, directed locomotion on the ground is present in many phylogenetically distant species. Bilateral symmetry and modularity of the body are common traits often associated with improved directed locomotion. Nevertheless, both features result from natural selection, which is contingent (history-dependent) and multifactorial (several factors interact simultaneously). Hence, it is difficult to show that bilateral symmetry and modularity of the body are necessary traits for an improved locomotion ability as they can result from chance or related to other body functions. We propose using evolutionary physical simulations of 3D voxel-based soft robots to test the necessity of both traits for efficient directed locomotion on the ground. We found that an intermediate number of body modules (appendages) and high body symmetry are evolutionarily selected regardless of gravitational environments, robot sizes, and genotype encoding. Therefore, we conclude that both traits are strong candidates for universal principles related to efficient directed locomotion.
Titre en portugais
Evolução convergente in silico revela princípios morfológicos da locomoção direcionada no solo
Mots-clés en portugais
Algoritmo evolutivo
Evolução convergente
Princípios morfológicos
Robôs maleáveis
Resumé en portugais
A locomoção ativa e direcionada sobre o solo está presente em muitas espécies filogenicamente distantes. A simetria bilateral e a modularidade do corpo são traços comuns frequentemente associados à uma boa locomoção direcionada. Entretanto, ambas as características resultam da seleção natural, que é contingente (dependente da história) e multifatorial (vários fatores interagem simultaneamente). Portanto, é difícil mostrar que a simetria bilateral e a modularidade do corpo são traços necessários para uma melhor capacidade de locomoção, pois podem ser resultado do acaso ou estar relacionados a outras funções do corpo. Propomos o uso de simulações físicas evolutivas de robôs feitos de vóxeis maleáveis para testar a necessidade de ambos os traços para uma locomoção direcionada eficiente no solo. Descobrimos que um número intermediário de módulos corporais (apêndices) e alta simetria corporal são selecionados evolutivamente, independentemente dos ambientes gravitacionais, tamanhos de robôs e codificação de genótipos. Portanto, concluímos que ambos os traços são fortes candidatos a princípios universais relacionados a uma locomoção direcionada eficiente.
 
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Date de Publication
2022-09-20
 
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