基于触角电生理响应机制的蜜蜂运动控制研究

论文摘要

昆虫具有优异的运动特性,是当今仿生机械领域的研究热门。本文探究了蜜蜂对不同气味的灵敏度响应,发现了离体触角受到不同气味刺激的电位响应特征。搭建了微机电控制系统,通过电刺激模拟气味刺激蜜蜂触角,初步探索了以蜜蜂为载体的半生物半机械机器人控制方案。研究的主要内容如下:搭建了触角电生理响应机制研究实验平台,揭示气味在蜜蜂嗅觉神经的传导通路和嗅觉响应机理。搭建昆虫迷宫系统,研究蜜蜂对不同气味的喜欢程度。结果表明:蜜蜂从喜欢到厌恶的气味顺序依次为蜂蜜,正己醇,甲酸。通过对比研究和分析活体触角与离体触角的电位测量实验结果,可以看出:离体触角电位能更真实地反应触角受到气体刺激时的电位变化。提出了反映蜜蜂喜好情绪的评价指标,建立了蜜蜂触角电生理变化特征与蜜蜂情绪变化之间的映射关系。用不同浓度和不同气味的挥发气体对离体触角进行刺激并测量其电位变化,并采用电位幅值、去极化时间、复极化时间、下降沿斜率和上升沿斜率等五种特征对触角响应规律进行多角度定量化分析。通过研究分别获得了蜜蜂对喜欢气味和厌恶气味的触角电位特征值范围,进一步定义了一个偏好因子F来描述蜜蜂对不同气味的喜欢程度。搭建了可远程无线控制的磁悬浮电刺激实验台,使用电刺激模拟气味刺激诱导蜜蜂飞行,研究蜜蜂对不同电刺激的运动响应。基于磁悬浮技术的半自由状态无线电刺激系统包括下推式磁悬浮系统、任意波形信号发生系统、无线控制模块以及电源等,可以实现任意波形特征电位的输出,并能够有效地减轻蜜蜂的自身负重。使用触角电位实验得出的电位特征值范围对蜜蜂触角施加电刺激,探索蜜蜂对不同参数电刺激的响应机制。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 昆虫机器人的概念及研究意义

1.2 昆虫机器人的研究进展

1.2.1 光流刺激昆虫机器人

1.2.2 化学刺激昆虫机器人

1.2.3 热刺激昆虫机器人

1.2.4 电刺激昆虫机器人

1.3 研究中存在的问题

1.4 研究目标及内容

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

第2章蜜蜂机器人的控制机理及方法

2.1 蜜蜂的嗅觉神经传导通路

2.1.1 蜜蜂触角感受器及分布特征

2.1.2 蜜蜂嗅觉内部传导通路

2.2 蜜蜂机器人控制策略

2.2.1 嗅觉对蜜蜂运动的调控

2.2.2 虚拟嗅觉的实现机制

2.2.3 基于虚拟嗅觉的蜜蜂运动控制

2.3 本章小结

第3章触角对不同气味的灵敏度响应分析

3.1 试剂选取与蜜蜂养殖

3.2 蜜蜂对不同气味的偏好评估

3.2.1 昆虫迷宫系统的搭建

3.2.2 蜜蜂运动轨迹捕捉

3.2.3 数据统计与结果分析

3.3 蜜蜂触角电信号的测量

3.3.1 昆虫触角电位图（EAG）简介

3.3.2 触角电位采集系统

3.3.3 基于SPSS对触角电位五种特征的分析

3.4 本章小结

第4章基于电刺激的蜜蜂机器人控制

4.1 MEMS微机电刺激系统

4.1.1 任意波形信号发生系统

4.1.2 上位机软件平台介绍

4.2 磁悬浮电刺激实验平台

4.2.1 下推式磁悬浮系统

4.2.2 电刺激实验台的搭建

4.3 半自由电刺激实验

4.3.1 电刺激实验流程

4.3.2 实验结果分析

4.4 本章小结

第5章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李志强

导师: 杨运强

关键词: 触角电位图,蜜蜂,嗅觉,运动控制

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,自动化技术

单位: 中国地质大学(北京)

基金: 国家自然科学基金项目:蜜蜂腹部变形机制及其在变体飞行器中的应用(51475258),中央高校基本科研优秀导师基金项目(2-9-2017-064)

分类号: Q811;TP242

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000918

总页数: 83

文件大小: 6473K

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