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带可控静止功能的动物机器人研究

作　者: 林济延
导　师: 郑筱祥
学　校: 浙江大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 动物机器人行为控制中央灰质防御反应
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
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内容摘要

动物机器人是一种由人工智能与动物智能相结合而成的混合型机器人,由于在运动灵活性和能源利用率方面的天然优势,动物机器人克服了传统机器人在灵活性,机动性,适应性等方面的技术的局限性。动物机器人技术需要生命、信息、机械科学的交叉与融合,是当前科技发展的新兴活跃领域之一。通过颅内电刺激实现对动物的运动和某些行为的人为控制,主要有两类策略。第一类策略采用非条件反射的方式,通过对大脑特定功能核团的刺激,从而使动物产生特定运动行为;第二类策略采用操作性条件反射的方式,通过“虚拟提示”与“虚拟奖赏”电刺激相结合训练动物完成特定的任务。先前导航型的动物机器人研究中,研究人员主要致力于动物运动功能的维持与控制,缺乏静止、制动功能已成为导航机器人在实际应用中瓶颈。本文围绕大鼠动物机器人所需要的关键技术与相关原理,在浙江大学求是高等研究院在2006年开发了生物机器人的导航系统的基础上,设计并实现了基于防御反应的大鼠导航动物机器人静止方案,研究了刺激参数、环境等因素对大鼠静止时长的影响,建立中央灰质区神经电刺激模式-大鼠防御行为响应的模型。通过结合两类动物运动行为控制策略,成功在导航动物机器人上实现可控静止功能。本文研究表明通过稳定可靠的神经接口技术,将合适电刺激信号直接输入相关大脑皮层与功能核团,减少环境因素与大鼠自身意愿对动物机器人的干扰,实现将大鼠的运动功能可靠、可控的应用于动物机器人。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第1章绪论  13-21
  1.1 引言  13-14
  1.2 动物机器人国内外研究现状  14-18
  1.3 动物机器人的研究意义与应用  18-19
  1.4 本文的研究目标和内容  19-20
  1.5 本文结构  20-21
第2章动物机器人相关技术与原理  21-32
  2.1 基于BCI动物机器人的基本原理  21-22
  2.2 动物机器人外围硬件系统与手术流程  22-25
    2.2.1 动物机器人远程刺激装置  22-24
    2.2.2 刺激电极设计  24-25
  2.3 慢性电极埋植手术流程  25-31
    2.3.1 脑立体定位技术  25-28
    2.3.2 动物机器人手术准备  28
    2.3.3 动物机器人手术操作步骤  28-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章基于操作性条件反射实现的大鼠动物机器人  32-41
  3.1 操作性条件反射原理  32-33
  3.2 皮层刺激与虚拟提示  33-34
  3.3 多巴胺愉悦系统与奖赏评价  34-37
    3.3.1 压杆箱测试  35-36
    3.3.2 压杆训练流程  36-37
  3.4 导向行为训练与评价  37-40
    3.4.1 大鼠前行训练  37-38
    3.4.2 八臂迷宫转向训练  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章基于直接刺激功能核团方法的动物行为控制  41-55
  4.1 防御反应与导水管周围灰质  41-42
  4.2 大鼠防御反应电刺激流程  42-45
    4.2.1 动物手术与准备  42-43
    4.2.2 PAG电刺激流程  43-45
  4.3 刺激参数与防御反应定量关系  45-54
    4.3.1 数据统计分析方法  45-46
    4.3.2 重复测量分析求解步骤  46-48
    4.3.3 统计分析结果  48-54
  4.4 大鼠PAG植入电极的组织学检查  54
  4.5 本章小结  54-55
第5章带静止时长可控功能的导航大鼠机器人的实现  55-64
  5.1 动物行为中的两类静止行为  55-56
  5.2 条件恐惧与非条件恐惧引起的防御性静止行为  56-58
  5.3 静止行为的可控性  58-59
    5.3.1 防御型静止行为的空间可控  58-59
    5.3.2 防御型静止行为的时间可控  59
  5.4 PAG电刺激联合MFB电刺激实现可控时长静止  59-63
  5.5 复杂环境中的带静止功能导航机器人实现  63-64
第6章总结与展望  64-67
  6.1 工作总结  64
  6.2 动物机器人工作展望  64-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间主要的研究成果  71-72
致谢  72

带可控静止功能的动物机器人研究

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