前视结节电刺激对熊蜂飞行控制的研究

• 作 者: 薛磊
• 机 构: 浙江大学
• 出 处: 浙江大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 昆虫机器接口 熊蜂机器人 前视结节 电刺激 刺激背包

将过去用于神经回路研究的昆虫机器接口应用到自由活动的昆虫身上,通过电刺激、光流刺激或化学刺激等,诱导昆虫做出预期行为。这种结合了昆虫优秀的运动能力和计算系统的控制能力的特殊机器人,称之为昆虫机器人。本文以熊蜂作为昆虫机器人的研究对象,重点研究了通过大脑前视结节上部子单元区域电刺激对熊蜂固定状态下振翅行为的诱发和终止,以及腹部摆动。通过半自由状态电刺激实验验证了该刺激对飞行行为的影响。并研制了熊蜂电刺激行为控制的背包系统。通过固定状态下双侧脑区电刺激,可以诱发熊蜂振翅开始以及停止。实验采用100Hz,40%占空比,1s时长的正负方波脉冲序列,并改变电压幅值参数,以观察其对振翅的影响。参与实验的熊蜂诱发振翅的成功率为55%(N=20)。实验发现诱发熊蜂振翅的电压阈值至少为2.0V,而在3.0-5.0V之间成功率较高。同时,实验记录了振翅的延迟时间、振翅时间以及振翅频率,发现随着电压增大,延迟时间也增大,振翅时间先增大后减小,而振翅频率则减小。通过固定状态下单侧脑区电刺激,可以诱发熊蜂腹部朝向刺激位点同侧的摆动现象。且该摆动的幅度随电刺激幅值、时长参数的增大而增大。熊蜂腹部的摆动是飞行转向的重要调控手段,熊蜂会朝向腹部摆动同侧转向。电刺激诱发同侧摆腹表明该刺激也能诱发同侧转向。最后,通过半自由状态下电刺激实验,验证了固定状态振翅研究获得的控制参数可以稳定地触发熊蜂飞行行为。另外,本文还论述了分立元件电刺激背包的需求分析和设计制作,制作了重量为158mg的微型刺激背包系统,装载该背包的熊蜂机器人可自由地在平面上运动。