生物機(jī)器人CPG電刺激機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年，機(jī)器人的研究正向著智能化、微型化的方向發(fā)展，但是微型機(jī)器人所攜帶的能量受到自身體積的限制，同時(shí)受到現(xiàn)有技術(shù)手段的制約。生物機(jī)器人概念的提出有效地解決了上述矛盾。作為電子信息技術(shù)、微制造技術(shù)和生物科學(xué)高度發(fā)展與相互融合的產(chǎn)物，是目前科技發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。
　　區(qū)別于傳統(tǒng)生物機(jī)器人研究所使用的腦區(qū)刺激方法，本文提出了由底層運(yùn)動(dòng)神經(jīng)入手，利用模擬生物神經(jīng)刺激信號(hào)，研究對(duì)產(chǎn)生節(jié)律運(yùn)動(dòng)的中樞模式發(fā)生器（CPG）及其相關(guān)神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行

2、電刺激誘導(dǎo)生物產(chǎn)生節(jié)律運(yùn)動(dòng)的方法。
　　首先，以水蛭為研究對(duì)象，分析其神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，總結(jié)建立了水蛭游泳運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確定了實(shí)驗(yàn)對(duì)象相關(guān)神經(jīng)細(xì)胞的功能、特性、形態(tài)、位置等。并通過大量的實(shí)驗(yàn)，確定了水蛭神經(jīng)節(jié)半離體電生理實(shí)驗(yàn)的方法。利用膜片鉗技術(shù)，采用電流鉗方法對(duì)水蛭游泳運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行了電生理實(shí)驗(yàn)，成功獲得水蛭游泳運(yùn)動(dòng)神經(jīng)信號(hào)。
　　其次，利用基于振動(dòng)理論的神經(jīng)元模型，建立并完善了具有鈉、鉀、氯三種通道的神經(jīng)細(xì)胞模型。對(duì)

3、模型穩(wěn)定性、周期性、整體作用關(guān)系、各參數(shù)影響等進(jìn)行了分析，總結(jié)出利用該模型再現(xiàn)神經(jīng)信號(hào)的參數(shù)調(diào)整方法。通過對(duì)測(cè)得生物神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行小波去噪預(yù)處理，應(yīng)用模型再現(xiàn)了該神經(jīng)信號(hào)，獲得了較好的、可用于電刺激的輸出結(jié)果。
　　最后，開發(fā)了基于DSP的神經(jīng)電刺激信號(hào)生成裝置，并進(jìn)行了三種典型生物神經(jīng)信號(hào)的再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)。利用構(gòu)建起的水蛭體神經(jīng)節(jié)電生理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用電刺激裝置生成擬生物信號(hào)，對(duì)水蛭游泳運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行了電刺激實(shí)驗(yàn)。成功誘發(fā)了該細(xì)胞的節(jié)律