Convergent evolution in silico reveals shape and dynamic principles of directed locomotion on the ground

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Biazzi, Renata Biaggi
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Algoritmo evolutivo
Convergent evolution
Evolução convergente
Evolutionary algorithm
Morphological principles
Princípios morfológicos
Robôs maleáveis
Soft robots
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-19092022-143101/
Resumo: 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.
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spelling Convergent evolution in silico reveals shape and dynamic principles of directed locomotion on the groundEvolução convergente in silico revela princípios morfológicos da locomoção direcionada no soloAlgoritmo evolutivoConvergent evolutionEvolução convergenteEvolutionary algorithmMorphological principlesPrincípios morfológicosRobôs maleáveisSoft robotsActive, 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.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.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPFujita, AndréTakahashi, Daniel YasumasaBiazzi, Renata Biaggi2022-08-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-19092022-143101/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2022-09-20T15:59:56Zoai:teses.usp.br:tde-19092022-143101Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212022-09-20T15:59:56Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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