咖啡是一种装在杯子里的热搅拌流体，具有与杯子相互作用的内部自由度，杯子与人体载体相互作用。亚利桑那州立大学电气工程教授赖英成(Ying-Cheng Lai)表示：“尽管人类拥有与复杂物体互动的天然或天生能力，但我们对这些互动的了解，尤其是在定量层面上的了解，几乎为零。”。教授。“我们没有有意识的能力去分析外界因素(如噪音或气候)对我们互动的影响。”

然而，了解这些外部因素是软机器人等应用领域的基本问题。“例如，在智能假肢的设计中，建立模仿人类四肢自然运动的自然灵活性模型变得越来越重要，”前莱大学本科生、现为亚利桑那州立大学Ira博士生的布伦特华莱士(Brent Wallace)说。“这些改进让使用者觉得假肢更加舒适自然。”

赖认为，可以想象在不久的将来，机器人将被部署在复杂对象处理或控制的各种应用中，这些应用需要人类擅长的那种协调和运动控制。如果机器人被设计成以相对较短的步幅行走，则允许行走频率有较大的变化。但如果需要更长的步幅，就要慎重选择行走频率。

《物理评论应用》发表的一篇新论文《复杂对象控制中的同步变换》来源于Wallace，由赖指导，作为其电气工程高级设计项目的一部分。华莱士曾获得美国国家科学基金会研究生奖学金，现为亚利桑那州立大学电气、计算机与能源工程学院博士生。

亚利桑那州立大学团队的研究扩展了东北大学研究人员最近进行的一项突破性的虚拟实验研究，使用咖啡杯来固定范式，并添加一个滚动球来研究人类如何操纵复杂的物体。参与者故意以有节奏的方式旋转杯子，并可以改变力度和频率，以确保球得到控制。东北大学的研究表明，参与者倾向于选择低频或高频策略来处理复杂的对象。

一个显著的发现是，使用低频策略时，振荡呈现同相同步，而使用高频策略时，会出现反相同步。“由于低频和高频都有效，可以想象虚拟实验中的一些参与者改变了他们的策略，”华莱士说。“这就提出了问题。

“如何从低频策略相关的同同步步过渡到高频策略相关的反同步步，反之亦然？”华莱士问道。"在参数空间中，同相和反相同步机制之间的边界是尖锐的、渐进的还是复杂的？"在Wallace的好奇心的驱使下，ASU团队使用了钟摆的非线性动力学模型来研究同相和反相同步之间的转变，该模型被连接到一辆受外部周期性强迫的移动汽车上。

研究人员发现，在弱强迫状态下，随着外界驱动频率的变化，这种转变是突然的，并且发生在共振频率处，利用线性系统控制理论完全可以理解。在这个范围之外，在同相和反相同步之间有一个过渡区，在这个过渡区中，小车和摆锤的运动不同步。还发现在低频侧的过渡区及其附近存在双稳性。

总的来说，研究结果表明，人类可以突然有效地从一个同步吸引子切换到另一个同步吸引子，这种机制可以用于设计智能机器人，以在变化的环境中自适应地处理复杂的对象。

“人类或许能够熟练运用同相和反相策略，从一种策略平滑地切换到另一种策略，甚至可能没有意识到。这项研究的结果可以用于将这些人类技能应用到软机器人和其他领域，如康复和脑机接口，”赖说。此外，像流水线上在车身内铺设电线这样的琐碎工作，人类也能轻松完成，但最先进的机器还是没有。

华莱士说：“对人类如何与环境互动的系统和定量理解将永远改变我们设计世界的方式，并可能彻底改变智能假肢的设计，迎来一个制造和自动化的新时代。”“通过模仿人类在处理复杂物体时采取的动态有利行为，我们将能够自动化以前认为不可能的过程。”