机器人鸟研究中亟需解决的脑机制和关键技术
结题报告
批准号:
61305129
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
槐瑞托
依托单位:
学科分类:
F0309.机器人学与智能系统
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
苏学成、吕常智、于志豪、苏涛、卫阿盈、岳铭臣、公栋梁
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中文摘要
本课题是在机器人鸟的研究基础上提出的。首先,由于国内外对鸟脑的研究很薄弱,我们在研究中也仅是针对急需解决的控制鸟类运动行为的脑机制做了部分研究,解决了鸟类飞行行为和飞行路径的控制的部分脑机制,虽然提出了具有普适性的制导原理和方法,但也仅属于"局部突破",亟需对相关的鸟脑机制进行深入的研究与拓展,巩固我们在机器人鸟领域的前沿地位;特别是,我们研究中遇到了在动物机器人领域的共性的难题:脑组织损伤问题、电极和电极绝缘材料的生物相容性问题(电极腐蚀和绝缘失效)、电刺激信号与神经信息差距较大影响刺激效果的问题。这些问题直接阻挡着动物机器人研究和实用化的道路,亟需突破。故本项目拟通过相关实验手段研究解决上述问题。由于这些问题是在研究中逐渐暴露的,故我们已经有了相关理论和实验积累,对解决这些问题已经有了明确的思路和初步的经验,预期研究结果也将推动整个动物机器人领域的发展。
英文摘要
This project was based on the robo-bird in our recent study. It is very lacking in neural mechanism of the robo-animal at home and abroad, and in the robo-animal study, brain tissue and electrode damage after electrical stimulations are very importment problems which affected the robo-animal control effect and hinder robo-animal practicality. Considering above reasons, we must master the neural mechanism of motor behavioral in the bird brain, make clear stimulate signal intensity, pulse mode, electrode diameter, electrode surface material, and so on how to influnce the brain tissue and electrode resistance. Which are main research contents of this project. The motor behavioral control mechanisms in existing robo-animals are all based on the unique physiological features of animals (like rat vibrissae, insect wings) but not the common mechanism of motor behaviors control. According to the common mechanism of motor behavioral control, We explored the related brain regions together with its mechanism that could ensure necessary motor behaviors will definitely occur and the motor process is definitely controllable, and the control mechanism and method to realize the predicted motor behavior. In this project, we will continue deepen previous research, make clear three dimension orientation of the neural nucleus, and find more and effected neural sites based on different principles; We will research the encoding signal mode and device that make the damage of the brain tissue and electrode minimal; we will design reasonable electrode and master kinds of experiment technology. We will also obtain the encode of the neural information through researched the produce, transfer, confirmity, taking analysis of the signal. Through above study, we would obtain new methods and original fruits.
本项目是在机器人鸟的研究基础上提出的。在机器人鸟的研究过程中,存在着几个影响实用化的问题,其中最重要的一点是原来控制效果良好的动物,一个月以后开始逐渐出现同样的刺激强度难以达到预期效果,随后任何强度的刺激都难以引起动物的行为学反应。究其原因是电极与脑组织界面之间产生了胶质细胞增生引起的囊化现象,使得电刺激信号难以作用于脑组织。这一问题其实也是在当前脑机接口中普遍存在的。本项目针对机器人鸟的实用化过程中遇到的问题进行分层次探讨,得到了如下结果: (1)完成了与机器人鸟控制相关的脑区的精确定位,利用现有资源确定了三个有效神经核团(中脑导水管周围灰质,古纹状体和丘脑腹后外侧核)的精确坐标和脑图谱。(2)对电极及其绝缘材料等进行了对比分析,选用了适用于机器人鸟研究的聚对二甲苯涂覆的不锈钢微电极,并对电极的制作加工工艺进行了有效改进,提高了手术的成功率和电极的固定时间。(3)完成了编码电信号模式的优化设计,并针对刺激参数进行了深入探讨,获得了对脑组织损伤最小的刺激信号模式。. 本研究为动物机器人,脑机接口等研究提供了重要的依据。脑组织损伤问题一直困扰着动物机器人和脑机接口等相关领域的研究人员,本研究虽未解决根本性的问题,但是却提供了重要的依据和解决的方法。希望能够得到同行的认可与肯定。从而推动该领域的发展。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.3390/en8087854
发表时间:2015-07
期刊:Energies
影响因子:3.2
作者:Zhihao Yu;Ruituo Huai;Lin-jing Xiao
通讯作者:Zhihao Yu;Ruituo Huai;Lin-jing Xiao
DOI:10.3233/bme-151323
发表时间:2015-01-01
期刊:BIO-MEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING
影响因子:1
作者:Yang, Junqing;Huai, Ruituo;Su, Xuecheng
通讯作者:Su, Xuecheng
DOI:10.1080/21655979.2016.1197033
发表时间:2016-01-01
期刊:BIOENGINEERED
影响因子:4.9
作者:Huai, Rui-tuo;Yang, Jun-qing;Wang, Hui
通讯作者:Wang, Hui
Modification of Hypoxic Respiratory Response by Protein Tyrosine Kinase in Brainstem Ventral Respiratory Neuron Group.
蛋白酪氨酸激酶对脑干腹侧呼吸神经元群缺氧呼吸反应的修饰
DOI:10.1371/journal.pone.0165895
发表时间:2016
期刊:PloS one
影响因子:3.7
作者:Wang H;Huai R;Yang J;Li Y
通讯作者:Li Y
Optimization Design of Low Power Consumption Kalman Filter Based on Field Programmable Gate Array
基于现场可编程门阵列的低功耗卡尔曼滤波器优化设计
DOI:10.1166/jno.2016.1998
发表时间:2016-12
期刊:Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics
影响因子:0.6
作者:Li Weikuo;Song Jun;Fan Di;Lu Xiushan
通讯作者:Lu Xiushan
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