对外部刺激做出反应的触觉传入，例如（RA）和Pacinian（PC）传入，可以使复杂的动作（例如抓住，抚摸和识别对象）。要深入了解这些动作引起的触觉感觉，需要揭示触觉传入的活动。为此，我们为振动刺激的每种触觉传入开发了一个计算模型，结合了有限元分析有限元方法（FEM）分析和代表神经特征的泄漏的集成和火力模型。该计算模型可以轻松估计触觉传入的神经活动，而无需测量生物学数据。使用FEM分析计算的皮肤变形被取代为集成与火力模型，作为计算每种触觉传入的膜电位的电流输入。我们使用报道的生物学数据在集成和火力模型中优化了参数。然后，我们计算了数值模型对正弦，二氢和白噪声机械刺激的响应，以验证提出的数值模型。从结果来看，计算模型很好地再现了对振动刺激的神经反应，例如正弦，二氢和噪声刺激，并与可以模拟对振动刺激的响应的相似计算模型进行了优越的比较。

虽然在各种应用中广泛使用刚性机器人，但它们在他们可以执行的任务中受到限制，并且在密切的人机交互中可以保持不安全。另一方面，软机器鞋面超越了刚性机器人的能力，例如与工作环境，自由度，自由度，制造成本和与环境安全互动的兼容性。本文研究了纤维增强弹性机壳（释放）作为一种特定类型的软气动致动器的行为，可用于软装饰器。创建动态集参数模型以在各种操作条件下模拟单一免费的运动，并通知控制器的设计。所提出的PID控制器使用旋转角度来控制多项式函数之后的自由到限定的步进输入或轨迹的响应来控制末端执行器的方向。另外，采用有限元分析方法，包括释放的固有非线性材料特性，精确地评估释放的各种参数和配置。该工具还用于确定模块中多个释放的工作空间，这基本上是软机械臂的构建块。

提出了一个理想化的1：2比例示范器和数值参数优化算法，以密切地再现变形形状，因此使用四个集中载荷的真实空气动力学装载的民动飞机扰流板的空间应变方向。需要对越来越复杂性的证明者的经济高效的实验研究是从优惠券转移到全规模结构的知识，并为新颖的结构健康监测（SHM）技术积累信心。特别是对于测试依赖于或受机械菌株影响的新型传感器系统，例如基于应变的SHM方法，所考虑的实验室结构结构必须反映在操作负载条件下的实际结构的应变状态。对具有详细模型进行有限元模拟，用于静态强度分析，并与实验测量相比。理想示威者的模拟和测量变形和空间应变方向与真正的飞机扰流板的数值结果很好。因此，使用开发的理想化演示器，基于应变的SHM系统可以在反映操作空气动力学压力负荷的条件下进行测试，而测试努力和成本显着降低。此外，所呈现的加载优化算法可以容易地适于模拟板状结构中的其他压力载荷以再现特定的结构条件。

在这项工作中，我们提出了一种基于从Marmoset猴的大脑收集的局部场潜在数据，提出了与帕金森病相关的新生物物理计算模型。帕金森病是一种神经退行性疾病，与大量NIGRA PARSCACTCA的多巴胺能神经元的死亡有关，这影响了大脑基底神经节 - 丘脑 - 皮质神经元电路的正常动态。尽管存在多种疾病的机制，但仍然缺少这些机制和分子发病机制的完整描述，仍然没有治愈。为了解决这种差距，已经提出了类似于动物模型中发现的神经生物学方面的计算模型。在我们的模型中，我们执行了一种数据驱动方法，其中使用差分演变优化了一组生物学限制参数。进化模型成功地类似于来自健康和Parkinsonian Marmoset脑数据的单神经元均值射击和局部场势的光谱签名。据我们所知，这是帕金森病的第一个基于来自Marmoset Monkeys的七个脑区域的同时电生理学记录的第一个计算模型。结果表明，该拟议的模型可以促进PD机制的调查，并支持可以表明新疗法的技术的发展。它还可以应用于其他计算神经科学问题，其中可以使用生物数据来适应大规模模型的脑电路。

本文介绍了频率卷积神经网络（CNN），用于快速，无创的​​2D剪切波速度（VS）成像的近表面地质材料。在频速度域中运行，可以在用于生成CNN输入的线性阵列，主动源实验测试配置中具有显着的灵活性，这些配置是归一化的分散图像。与波场图像不同，标准化的分散图像对实验测试配置相对不敏感，可容纳各种源类型，源偏移，接收器数量和接收器间距。我们通过将其应用于经典的近乎表面地球物理学问题，即成像两层，起伏的土壤 - 旁质界面的界面来证明频率CNN的有效性。最近，通过开发一个时间距离CNN来研究这个问题，该问题表现出了很大的希望，但在使用不同的现场测试配置方面缺乏灵活性。本文中，新的频道CNN显示出与时距CNN的可比精度，同时提供了更大的灵活性来处理各种现场应用程序。使用100,000个合成近表面模型对频率速度CNN进行了训练，验证和测试。首先，使用训练集的合成近表面模型测试了提议的频率CNN跨各种采集配置概括跨各种采集配置的能力，然后应用于在Austin的Hornsby Bend在Austin的Hornsby Bend收集的实验场数据美国德克萨斯州，美国。当针对更广泛的地质条件范围充分开发时，提出的CNN最终可以用作当前伪2D表面波成像技术的快速，端到端替代方案，或开发用于完整波形倒置的启动模型。

对医疗保健监控的远程工具的需求从未如此明显。摄像机测量生命体征利用成像装置通过分析人体的图像来计算生理变化。建立光学，机器学习，计算机视觉和医学的进步这些技术以来的数码相机的发明以来已经显着进展。本文介绍了对生理生命体征的相机测量综合调查，描述了它们可以测量的重要标志和实现所做的计算技术。我涵盖了临床和非临床应用以及这些应用需要克服的挑战，以便从概念上推进。最后，我描述了对研究社区可用的当前资源（数据集和代码），并提供了一个全面的网页（https://cameravitals.github.io/），其中包含这些资源的链接以及其中引用的所有文件的分类列表文章。

视觉的触觉传感器由于经济实惠的高分辨率摄像机和成功的计算机视觉技术而被出现为机器人触摸的有希望的方法。但是，它们的物理设计和他们提供的信息尚不符合真实应用的要求。我们提供了一种名为Insight的强大，柔软，低成本，视觉拇指大小的3D触觉传感器：它不断在其整个圆锥形感测表面上提供定向力分布图。围绕内部单眼相机构造，传感器仅在刚性框架上仅成型一层弹性体，以保证灵敏度，鲁棒性和软接触。此外，Insight是第一个使用准直器将光度立体声和结构光混合的系统来检测其易于更换柔性外壳的3D变形。通过将图像映射到3D接触力的空间分布（正常和剪切）的深神经网络推断力信息。洞察力在0.4毫米的总空间分辨率，力量幅度精度约为0.03 n，并且对于具有不同接触面积的多个不同触点，在0.03-2 n的范围内的5度大约5度的力方向精度。呈现的硬件和软件设计概念可以转移到各种机器人部件。

Accurate simulation of soft mechanisms under dynamic actuation is critical for the design of soft robots. We address this gap with our differentiable simulation tool by learning the material parameters of our soft robotic fish. On the example of a soft robotic fish, we demonstrate an experimentally-verified, fast optimization pipeline for learning the material parameters from quasi-static data via differentiable simulation and apply it to the prediction of dynamic performance. Our method identifies physically plausible Young's moduli for various soft silicone elastomers and stiff acetal copolymers used in creation of our three different robotic fish tail designs. We show that our method is compatible with varying internal geometry of the actuators, such as the number of hollow cavities. Our framework allows high fidelity prediction of dynamic behavior for composite bi-morph bending structures in real hardware to millimeter-accuracy and within 3 percent error normalized to actuator length. We provide a differentiable and robust estimate of the thrust force using a neural network thrust predictor; this estimate allows for accurate modeling of our experimental setup measuring bollard pull. This work presents a prototypical hardware and simulation problem solved using our differentiable framework; the framework can be applied to higher dimensional parameter inference, learning control policies, and computational design due to its differentiable character.

Understanding how biological neural networks carry out learning using spike-based local plasticity mechanisms can lead to the development of powerful, energy-efficient, and adaptive neuromorphic processing systems. A large number of spike-based learning models have recently been proposed following different approaches. However, it is difficult to assess if and how they could be mapped onto neuromorphic hardware, and to compare their features and ease of implementation. To this end, in this survey, we provide a comprehensive overview of representative brain-inspired synaptic plasticity models and mixed-signal CMOS neuromorphic circuits within a unified framework. We review historical, bottom-up, and top-down approaches to modeling synaptic plasticity, and we identify computational primitives that can support low-latency and low-power hardware implementations of spike-based learning rules. We provide a common definition of a locality principle based on pre- and post-synaptic neuron information, which we propose as a fundamental requirement for physical implementations of synaptic plasticity. Based on this principle, we compare the properties of these models within the same framework, and describe the mixed-signal electronic circuits that implement their computing primitives, pointing out how these building blocks enable efficient on-chip and online learning in neuromorphic processing systems.

从对量子网络和传感器的基本力量的超敏感探测器，机械谐振器能够在室温环境中实现下一代技术。目前，氮化硅纳米腔作为这些进步中的领先微芯片平台，允许机械谐振器从环境热噪声显着隔离的机械谐振器。然而，迄今为止，人类直觉仍然是设计过程背后的驱动力。这里，由自然启发和通过机器学习引导，开发了一种蜘蛛网纳米机械谐振器，其显示通过数据驱动优化算法发现的新颖“扭转软夹紧”机构从环境热环境中分离的振动模式。然后制造该生物启发的谐振器;通过在室温环境中通过高于10亿以上的机械师进行实验证实了新的范式。与其他最先进的谐振器相比，这种里程碑是通过紧凑的设计实现的，该设计不需要亚微米光刻特征或复声胶凝带，使得在大尺度上制造显着更容易和更便宜。在这里，我们展示了机器学习与人类直觉一起工作的能力，以增加创造性的可能性，并在计算和纳米技术中发现新的策略。

信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。

Wearable sensors for measuring head kinematics can be noisy due to imperfect interfaces with the body. Mouthguards are used to measure head kinematics during impacts in traumatic brain injury (TBI) studies, but deviations from reference kinematics can still occur due to potential looseness. In this study, deep learning is used to compensate for the imperfect interface and improve measurement accuracy. A set of one-dimensional convolutional neural network (1D-CNN) models was developed to denoise mouthguard kinematics measurements along three spatial axes of linear acceleration and angular velocity. The denoised kinematics had significantly reduced errors compared to reference kinematics, and reduced errors in brain injury criteria and tissue strain and strain rate calculated via finite element modeling. The 1D-CNN models were also tested on an on-field dataset of college football impacts and a post-mortem human subject dataset, with similar denoising effects observed. The models can be used to improve detection of head impacts and TBI risk evaluation, and potentially extended to other sensors measuring kinematics.

点播（DOD）喷墨打印被认为是制造高级功能材料的有前途的技术之一。对于DOD打印机，长期用于实现无卫星较小液滴的高精度分配技术，长期以来一直在构图薄膜结构。本研究认为，分配喷嘴上游的液体室的入口速度是控制变量，旨在使用样品效率高的贝叶斯优化算法优化其波形。首先，液滴分配动力学是通过使用开源OpenFOAM求解器，InterFOAM进行数值复制的，并且结果将传递给基于Pyfoam的另一个代码。然后，表征驱动DOD打印机的参数由贝叶斯优化（BO）算法确定，以最大化规定的多目标函数，该函数表示为两个因素的总和，即主液滴的大小和主要液滴的大小和卫星液滴的存在。结果表明，当前的BO算法可以在150个模拟中成功找到高精度分配波形。具体而言，可以有效消除卫星液滴，并通过施加最佳波形，可以将液滴直径显着降低至喷嘴直径的24.9％。

彼此接触的任何两个物体都会仅仅是由于重力或机械接触而引起的力，例如机器人手臂抓住一个物体，甚至是我们膝关节处的两个骨头之间的接触。自然测量和监视这些接触力的能力允许从仓库管理（基于重量检测错误包装）到机器人技术（使机器人臂的抓地力与人类皮肤一样敏感）和医疗保健（膝关节植入物）的大量应用。设计一个无处不在的力传感器是充满挑战的，该传感器可自然地用于所有这些应用。首先，传感器应足够小，以适合狭窄的空间。接下来，我们不想铺设笨重的电缆来读取传感器的力值。最后，我们需要进行无电池设计以满足体内应用程序。我们开发了WiforCesticker，这是一种无线，无电池，类似贴纸的力传感器，可以在任何表面上都可以无处不在，例如所有仓库包装，机器人手臂和膝关节。 WiforCesticker首先设计一个$ 4 $ 〜mm〜 $ \ $ \ times $〜$〜$ 2 $ 〜mm〜 $ \ $ \ times $〜$〜$〜$ 0.4 $〜毫米电容传感器设计，配备了$ 10 $〜$〜$〜$〜$〜$〜$〜$ 〜mm〜mm 〜mm 〜mm 〜mm在灵活的PCB基材上设计。其次，它引入了一种新的机制，可以通过将传感器与COTS RFID系统插入传感器，从而无线读取器无线读取器可以通过无线读取器读取力信息。该传感器可以在多个测试环境中检测到$ 0 $ -6 $ 〜n的力量，感应精度为$ <0.5 $ 〜n，并在传感器上使用超过10,000美元的$ 10,000 $变化的力级按下。我们还通过设计传感器展示了两个应用程序案例研究，称量仓库包和骨接头施加的传感力。

本文报告了旋转轴上刀片磁盘的减少订单建模框架，以模拟故障的振动特征，例如旨在模拟数据驱动机器学习的不同组件中的裂纹。我们采用了子组件的总和分析模型，以更好地了解复杂的动态响应。该框架旨在解决分析和优化故障检测和识别方案时遇到的一些挑战，用于旋转涡轮机械（包括航空引擎）的健康监测。我们通过组合总元件和一维有限元素来对刀片磁盘和轴进行建模，从而导致系统。模拟结果与先前发布的数据非常吻合。我们通过分析刀片中的裂纹及其有效降低刚度近似进行建模。对多种类型的故障进行了建模，包括单个和两阶段刀片的叶片中的裂缝，扇形刀片（FBO）和异物损坏（FOD）。我们已经应用了航空发动机操作加载条件，以模拟在线健康监测的现实情况。所提出的减少阶数模拟框架将在概率信号建模，朝故障签名识别的机器学习以及具有测量振动信号的参数估计中提供应用。

我们提出了一种使用嵌入式麦克风和扬声器来测量不同执行器特性的软气动执行器的感应方法。执行器的物理状态确定声音通过结构传播时的特定调制。使用简单的机器学习，我们创建了一个计算传感器，该传感器从声音录音中渗透相应的状态。我们在软气动连续执行器上演示了声传感器，并使用它来测量接触位置，接触力，对象材料，执行器通胀和执行器温度。我们表明该传感器是可靠的（六个接触位置的平均分类速率为93％），精确（平均空间精度为3.7毫米），并且可抵抗常见的干扰（如背景噪声）。最后，我们比较了不同的声音和学习方法，并以20毫秒的白噪声和支持向量分类器作为传感器模型获得最佳结果。

In the brain, information is encoded, transmitted and used to inform behaviour at the level of timing of action potentials distributed over population of neurons. To implement neural-like systems in silico, to emulate neural function, and to interface successfully with the brain, neuromorphic circuits need to encode information in a way compatible to that used by populations of neuron in the brain. To facilitate the cross-talk between neuromorphic engineering and neuroscience, in this Review we first critically examine and summarize emerging recent findings about how population of neurons encode and transmit information. We examine the effects on encoding and readout of information for different features of neural population activity, namely the sparseness of neural representations, the heterogeneity of neural properties, the correlations among neurons, and the time scales (from short to long) at which neurons encode information and maintain it consistently over time. Finally, we critically elaborate on how these facts constrain the design of information coding in neuromorphic circuits. We focus primarily on the implications for designing neuromorphic circuits that communicate with the brain, as in this case it is essential that artificial and biological neurons use compatible neural codes. However, we also discuss implications for the design of neuromorphic systems for implementation or emulation of neural computation.

As an effective method to deliver external materials into biological cells, microinjection has been widely applied in the biomedical field. However, the cognition of cell mechanical property is still inadequate, which greatly limits the efficiency and success rate of injection. Thus, a new rate-dependent mechanical model based on membrane theory is proposed for the first time. In this model, an analytical equilibrium equation between the injection force and cell deformation is established by considering the speed effect of microinjection. Different from the traditional membrane-theory-based model, the elastic coefficient of the constitutive material in the proposed model is modified as a function of the injection velocity and acceleration, effectively simulating the influence of speeds on the mechanical responses and providing a more generalized and practical model. Using this model, other mechanical responses at different speeds can be also accurately predicted, including the distribution of membrane tension and stress and the deformed shape. To verify the validity of the model, numerical simulations and experiments are carried out. The results show that the proposed model can match the real mechanical responses well at different injection speeds.

在本文中，我们为非稳定于3D流体结构交互系统提供了一种基于深度学习的阶数（DL-ROM）。所提出的DL-ROM具有非线性状态空间模型的格式，并采用具有长短期存储器（LSTM）的经常性神经网络。我们考虑一种以状态空间格式的可弹性安装的球体的规范流体结构系统，其具有不可压缩的流体流动。我们开发了一种非线性数据驱动的耦合，用于预测横向方向自由振动球的非定常力和涡旋诱导的振动（VIV）锁定。我们设计输入输出关系作为用于流体结构系统的低维逼近的力和位移数据集的时间序列。基于VIV锁定过程的先验知识，输入功能包含一系列频率和幅度，其能够实现高效的DL-ROM，而无需用于低维建模的大量训练数据集。一旦训练，网络就提供了输入 - 输出动态的非线性映射，其可以通过反馈过程预测较长地平线的耦合流体结构动态。通过将LSTM网络与Eigensystem实现算法（时代）集成，我们构造了用于减少阶稳定性分析的数据驱动状态空间模型。我们通过特征值选择过程调查VIV的潜在机制和稳定性特征。为了了解频率锁定机制，我们研究了针对降低振荡频率和质量比的范围的特征值轨迹。与全阶模拟一致，通过组合的LSTM-ERA程序精确捕获频率锁定分支。所提出的DL-ROM与涉及流体结构相互作用的物理学数字双胞胎的基于物理的数字双胞胎。

预计机器人将掌握形状，重量或材料类型各不相同的广泛物体。因此，为机器人提供类似于人类的触觉功能对于涉及人与人机或机器人与机器人相互作用的应用至关重要，尤其是在那些期望机器人掌握和操纵以前未遇到的复杂物体的情况下。成功的对象掌握和操纵的关键方面是使用配备多个高性能传感器的高质量指尖，在特定的接触表面上适当分布。在本文中，我们介绍了使用两种不同类型的市售机器人指尖（Biotac和wts-ft）的使用的详细分析，每个机器人指尖（Biotac和wts-ft）配备了分布在指尖的接触表面上的多个传感器。我们进一步证明，由于指尖的高性能，不需要一种复杂的自适应抓握算法来抓住日常物体。我们得出的结论是，只要相关的指尖表现出较高的灵敏度，基于比例控制器的简单算法就足够了。在量化的评估中，我们还证明，部分由于传感器的分布，基于BioTAC的指尖的性能优于WTS-FT设备，可以使负载升高至850G，并且简单的比例控制器可以适应该载荷即使对象面临重大的外部振动挑战，也要掌握。