蜜蜂具有優(yōu)良的飛行持續(xù)性與機(jī)動(dòng)靈活性,通過使用MEMS（Micro Electromechanical System）背包對(duì)蜜蜂進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)設(shè),進(jìn)而運(yùn)用其生物能力的特殊系統(tǒng)稱為半生物蜜蜂機(jī)器人。電刺激視葉是蜜蜂機(jī)器人有效控制方式之一,但其神經(jīng)機(jī)理研究及小型化背包設(shè)計(jì)仍面臨較大難題。本文以嵌入式視葉調(diào)控的蜜蜂（Apis mellifera ligustica）為研究目標(biāo),對(duì)行為調(diào)控的神經(jīng)機(jī)理進(jìn)行揭示,同時(shí)對(duì)輕型MEMS背包展開設(shè)計(jì),通過采用背部腹側(cè)為昆機(jī)結(jié)合位點(diǎn),最終對(duì)蜜蜂機(jī)器人的飛行控制進(jìn)行驗(yàn)證。針對(duì)蜜蜂機(jī)器人控制機(jī)理問題,通過開展視葉電生理實(shí)驗(yàn),首次發(fā)現(xiàn)蜜蜂視葉中存在視覺誘發(fā)電位,分別對(duì)光線的亮暗變化做出正負(fù)電位響應(yīng),且電位幅值與光強(qiáng)呈正相關(guān)。通過鈣離子熒光成像,發(fā)現(xiàn)光照下視葉的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的電生理活動(dòng)。為了揭示視葉對(duì)光線深入的響應(yīng)機(jī)理,引入了神經(jīng)元離子活動(dòng)理論來構(gòu)建電位響應(yīng)模型,通過對(duì)模型分析發(fā)現(xiàn),電刺激可以影響視覺神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏陌l(fā)放,進(jìn)而造成視覺假象,誘導(dǎo)蜜蜂飛行。針對(duì)輕型MEMS背包設(shè)計(jì)問題,采用紅外通訊與PIC單片機(jī)為主體進(jìn)行整體系統(tǒng)構(gòu)建。首先基于結(jié)構(gòu)、功能、重量因素對(duì)各... 

【文章來源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市211工程院校教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

蜜蜂大腦核磁共振（NMR）（Haddadetal.,2004）

第一章緒論4研究較為成熟，本節(jié)將同樣以蜜蜂為例，對(duì)昆蟲視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行描述，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹基于光流運(yùn)動(dòng)的視覺輸入對(duì)飛行調(diào)控的實(shí)驗(yàn)研究。蜜蜂視覺系統(tǒng)中擁有兩個(gè)復(fù)眼和三個(gè)單眼。復(fù)眼由數(shù)千只單眼構(gòu)成，其中工蜂含5000-6000只，蜂王含4000只，雄蜂含10000只（Janderetal.,2002;Ogawaetal.,2017）。在一些視動(dòng)行為響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過光流控制飛行速度、高度與距離，和復(fù)雜視覺相關(guān)學(xué)習(xí)與記憶等能力都與復(fù)眼功能相關(guān)（Bairdetal.,2005;Dyhretal.,2010;Ibbotsonetal.,2017;Howardetal.,2019）。在視覺信息被整合到高級(jí)神經(jīng)中樞之前，需要視葉中的神經(jīng)節(jié)層、視髓質(zhì)層和視小葉對(duì)視覺信息進(jìn)行分離和傳遞（Yamaguchietal.,2008）。神經(jīng)節(jié)層位于視網(wǎng)膜與視髓質(zhì)層之間，負(fù)責(zé)傳遞視網(wǎng)膜接收的光信息。髓質(zhì)是蜜蜂視覺神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元數(shù)量最多的腦區(qū)，光感受器S、M和L（短波長(zhǎng)、中波長(zhǎng)和長(zhǎng)波長(zhǎng)）的顏色信息通過髓質(zhì)的整理傳至視小葉（Peitschetal.,1992），同時(shí)髓質(zhì)還具有整合晝夜節(jié)律和導(dǎo)航的能力（Zelleretal.,2015）。視小葉與視髓質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似，由髓質(zhì)投遞的視覺信息經(jīng)過視小葉的處理投遞至前視神經(jīng)節(jié)，最后傳遞至高級(jí)神經(jīng)中樞（Motaetal.,2011）。圖1-2蜜蜂視覺通路示意圖（Dyeretal.,2011）蜜蜂具有優(yōu)異的視覺感官，最初基于蜜蜂視覺的行為調(diào)控實(shí)驗(yàn)起源于澳大利亞國(guó)立大學(xué)的張少吾教授和M.V.Srinivasan教授，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蜜蜂借助外

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）工程碩士學(xué)位論文5部環(huán)境的光流信息實(shí)現(xiàn)飛行導(dǎo)航。蜜蜂可以通過兩只復(fù)眼的圖像移動(dòng)速度來辨別飛行速度及方向，這種圖像運(yùn)動(dòng)稱為光流（opicflow）�；趯�(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蜜蜂可以通過光流控制飛行速度（Bairdetal.,2005），并且蜜蜂在經(jīng)過通道時(shí)會(huì)保持兩側(cè)光流運(yùn)動(dòng)的角速度為300°/s，同時(shí)蜜蜂會(huì)通過腹側(cè)方向的光流信息來判斷與地面的距離。通常蜜蜂在265°/s的腹側(cè)光流角速度所對(duì)應(yīng)的高度飛行，當(dāng)需要降落時(shí)，這一角速度變?yōu)?00°/s，隨著蜜蜂的飛行高度降低不斷減速，最終緩慢降落（Srinivasanetal.,2000;Bairdetal.,2006;Portellietal.,2010;Srinivasan,2011）。圖1-3雙側(cè)蜜蜂光流刺激圖（Ibbotsonetal.,2017）1.3昆機(jī)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀最初的昆機(jī)系統(tǒng)研究出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代，主要集中在采集昆蟲活動(dòng)時(shí)行為運(yùn)動(dòng)參數(shù)及肌肉神經(jīng)系統(tǒng)電生理數(shù)據(jù)上，借此技術(shù)所研究的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)稱之為無(wú)線電遙測(cè)技術(shù)（radio-telemetry）（Kutschetal.,1993,2003）。隨著借助多種新型材料以記錄和刺激昆蟲神經(jīng)及肌肉系統(tǒng)的微機(jī)電系統(tǒng)（micro-electromechanicalsystem，MEMS）被制作出來，使得昆蟲體內(nèi)植入式設(shè)備控制昆蟲運(yùn)動(dòng)成為可能。1.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)于昆蟲機(jī)器人的研究投入精力較大，涉足范圍較廣，其中以美國(guó)和日本是典型的代表，主要集中在以蟑螂、飛蛾、甲蟲等物種為載體的研究上（HolzerandShimoyama,1997;PinesandBohorquez,2006;Bozkurtetal.,2009a,2009b,2009c;Satoetal.,2008,2009,2010）。此外，研究人員也發(fā)現(xiàn)蜜蜂與果蠅的飛行行

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3611421