Coupled Memristor Oscillators for Neuromorphic Locomotion Control: Modeling and Analysis

神经形态工程学 中心图形发生器 记忆电阻器 尖峰神经网络 机器人学 计算机科学 拓扑(电路) 人工智能 人工神经网络 联轴节(管道) 人工神经元 生物神经元模型 电子工程 物理 工程类 节奏 电气工程 机器人 机械工程 声学
作者
Akhil Bonagiri,Dipayan Biswas,V. Srinivasa Chakravarthy
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-15 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tnnls.2022.3231298
摘要

The recent surge of interest in brain-inspired architectures along with the development of nonlinear dynamical electronic devices and circuits has enabled energy-efficient hardware realizations of several important neurobiological systems and features. Central pattern generator (CPG) is one such neural system underlying the control of various rhythmic motor behaviors in animals. A CPG can produce spontaneous coordinated rhythmic output signals without any feedback mechanism, ideally realizable by a system of coupled oscillators. Bio-inspired robotics aims to use this approach to control the limb movement for synchronized locomotion. Hence, devising a compact and energy-efficient hardware platform to implement neuromorphic CPGs would be of great benefit for bio-inspired robotics. In this work, we demonstrate that four capacitively coupled vanadium dioxide (VO 2 ) memristor-based oscillators can produce spatiotemporal patterns corresponding to the primary quadruped gaits. The phase relationships underlying the gait patterns are governed by four tunable bias voltages (or four coupling strengths) making the network programmable, reducing the complex problem of gait selection and dynamic interleg coordination to the choice of four control parameters. To this end, we first introduce a dynamical model for the VO 2 memristive nanodevice, then perform analytical and bifurcation analysis of a single oscillator, and finally demonstrate the dynamics of coupled oscillators through extensive numerical simulations. We also show that adopting the presented model for a VO 2 memristor reveals a striking resemblance between VO 2 memristor oscillators and conductance-based biological neuron models such as the Morris-Lecar (ML) model. This can inspire and guide further research on implementation of neuromorphic memristor circuits that emulate neurobiological phenomena.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
巫巫巫巫巫完成签到 ,获得积分10
6秒前
握瑾怀瑜完成签到 ,获得积分0
8秒前
陈无敌完成签到 ,获得积分10
10秒前
星空完成签到 ,获得积分10
13秒前
研友_8Y26PL完成签到 ,获得积分10
13秒前
海孩子完成签到,获得积分10
14秒前
Tong应助wangzhihao采纳,获得10
16秒前
菠萝谷波完成签到 ,获得积分10
16秒前
科研顺完成签到 ,获得积分10
17秒前
蓝桉完成签到 ,获得积分10
24秒前
刘天虎研通完成签到 ,获得积分10
25秒前
Dingz完成签到,获得积分10
27秒前
gg完成签到,获得积分10
37秒前
张包子完成签到 ,获得积分10
40秒前
孤独听雨的猫完成签到 ,获得积分10
40秒前
40秒前
陈秋完成签到,获得积分10
46秒前
鬼见愁应助科研通管家采纳,获得10
46秒前
皮卡丘完成签到 ,获得积分10
47秒前
hailiangzheng完成签到,获得积分10
48秒前
陈秋发布了新的文献求助10
49秒前
成就的孤晴完成签到 ,获得积分10
54秒前
Airhug完成签到 ,获得积分10
55秒前
陶冶完成签到,获得积分10
58秒前
FashionBoy应助刘隅采纳,获得10
1分钟前
Vegeta完成签到 ,获得积分10
1分钟前
SAINT完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Patrick完成签到 ,获得积分10
1分钟前
overlood完成签到 ,获得积分10
1分钟前
没头脑和不高兴完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Byby完成签到 ,获得积分10
1分钟前
qausyh完成签到,获得积分10
1分钟前
xzn1123应助wodetaiyangLLL采纳,获得10
1分钟前
lixinyue完成签到 ,获得积分10
1分钟前
JamesPei应助研友_LN32Mn采纳,获得10
1分钟前
快乐的幼丝完成签到 ,获得积分10
1分钟前
我独舞完成签到 ,获得积分10
1分钟前
蟲先生完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
复杂觅山完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
좌파는 어떻게 좌파가 됐나:한국 급진노동운동의 형성과 궤적 2500
Sustainability in Tides Chemistry 1500
TM 5-855-1(Fundamentals of protective design for conventional weapons) 1000
Cognitive linguistics critical concepts in linguistics 800
Threaded Harmony: A Sustainable Approach to Fashion 799
Livre et militantisme : La Cité éditeur 1958-1967 500
氟盐冷却高温堆非能动余热排出性能及安全分析研究 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3052652
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2709874
关于积分的说明 7418267
捐赠科研通 2354446
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1246020
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 605951
版权声明 595921