蜜蜂具有優(yōu)良的飛行持續(xù)性與機動靈活性,通過使用MEMS（Micro Electromechanical System）背包對蜜蜂進行動態(tài)預(yù)設(shè),進而運用其生物能力的特殊系統(tǒng)稱為半生物蜜蜂機器人。電刺激視葉是蜜蜂機器人有效控制方式之一,但其神經(jīng)機理研究及小型化背包設(shè)計仍面臨較大難題。本文以嵌入式視葉調(diào)控的蜜蜂（Apis mellifera ligustica）為研究目標,對行為調(diào)控的神經(jīng)機理進行揭示,同時對輕型MEMS背包展開設(shè)計,通過采用背部腹側(cè)為昆機結(jié)合位點,最終對蜜蜂機器人的飛行控制進行驗證。針對蜜蜂機器人控制機理問題,通過開展視葉電生理實驗,首次發(fā)現(xiàn)蜜蜂視葉中存在視覺誘發(fā)電位,分別對光線的亮暗變化做出正負電位響應(yīng),且電位幅值與光強呈正相關(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)具有更強的電生理活動。為了揭示視葉對光線深入的響應(yīng)機理,引入了神經(jīng)元離子活動理論來構(gòu)建電位響應(yīng)模型,通過對模型分析發(fā)現(xiàn),電刺激可以影響視覺神經(jīng)元動作電位的發(fā)放,進而造成視覺假象,誘導(dǎo)蜜蜂飛行。針對輕型MEMS背包設(shè)計問題,采用紅外通訊與PIC單片機為主體進行整體系統(tǒng)構(gòu)建。首先基于結(jié)構(gòu)、功能、重量因素對各... 

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

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：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，對昆蟲視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能進行描述，同時簡要介紹基于光流運動的視覺輸入對飛行調(diào)控的實驗研究。蜜蜂視覺系統(tǒng)中擁有兩個復(fù)眼和三個單眼。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）。在一些視動行為響應(yīng)的實驗中已經(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)層和視小葉對視覺信息進行分離和傳遞（Yamaguchietal.,2008）。神經(jīng)節(jié)層位于視網(wǎng)膜與視髓質(zhì)層之間，負責傳遞視網(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、中波長和長波長）的顏色信息通過髓質(zhì)的整理傳至視小葉（Peitschetal.,1992），同時髓質(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)控實驗起源于澳大利亞國立大學(xué)的張少吾教授和M.V.Srinivasan教授，該研究團隊發(fā)現(xiàn)蜜蜂借助外

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程碩士學(xué)位論文5部環(huán)境的光流信息實現(xiàn)飛行導(dǎo)航。蜜蜂可以通過兩只復(fù)眼的圖像移動速度來辨別飛行速度及方向，這種圖像運動稱為光流（opicflow）。基于實驗發(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)過通道時會保持兩側(cè)光流運動的角速度為300°/s，同時蜜蜂會通過腹側(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)光流角速度所對應(yīng)的高度飛行，當需要降落時，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昆機系統(tǒng)研究現(xiàn)狀最初的昆機系統(tǒng)研究出現(xiàn)在20世紀90年代，主要集中在采集昆蟲活動時行為運動參數(shù)及肌肉神經(jīng)系統(tǒng)電生理數(shù)據(jù)上，借此技術(shù)所研究的運動動力學(xué)稱之為無線電遙測技術(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)備控制昆蟲運動成為可能。1.3.1國外研究現(xiàn)狀國外對于昆蟲機器人的研究投入精力較大，涉足范圍較廣，其中以美國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】：
期刊論文
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碩士論文
[1]紅外遙控接收芯片的設(shè)計[D]. 楊逸純.華僑大學(xué) 2017
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本文編號：3611421