微电极推进器的研制及其在动物运动调控中的运用

摘要

生物机器人相比仿生机器人运动灵活、成本低、能源利用率高，因此成为机器人技术新的发展方向之一。大壁虎具有出色的三维无障碍运动能力和超凡的负重能力，成为发展动物机器人的理想模型动物。研制大壁虎动物机器人，需要在大壁虎自由运动时将微电极植入确定的位点，以便进行人工运动调控，因此微电极推进器成为研制大壁虎机器人的重要基础。
　　本文设计了一种新型的可用于大壁虎运动调控的微电极推进器，能够在大壁虎开颅手术后，稳定固定在颅骨上，并在大壁虎清醒状态下推进微电极。所设计的推进器采用螺钉螺母组成的螺杆机构推动微电极，利用钛合金和线切割技术制造零部件，同时引入孔阵列板的方法固定微电极。该微电极推进器长为9.6mm，宽为9.8mm，高为11.8mm，重量仅为2.05g，体积小，重量轻，可以应用于大壁虎运动调控实验。
　　利用所设计的微电极推进器初步开展了大壁虎中脑的电刺激实验。初步结果显示电刺激中脑顶盖前膝状体核、中脑深核以及红核附近区域可以诱导出转向行为；电刺激中脑内侧纵束核附近区域可以诱导出前进行为；电刺激中脑半环隆枕中心区和层状区可以诱导出鸣叫、后退、前进等多种行为；电刺激中脑半环隆枕的层状区域内侧可以诱导出翻身行为。
　　设计了一种用于大壁虎的核磁共振成像夹具，并以此为基础开展了锰离子示踪实验。初步证实了锰离子示踪技术可以用于研究大壁虎中脑相关核团的纤维投射。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外的研究概况

1.3课题来源及其主要研究内容

第二章 大壁虎微电极推进装置的研制

2.1微电极制作

2.2推进方式选择

2.3推进器与颅骨之间的固定

2.4微电极固定方法及其他零部件的设计

2.5推进器组装及手术安装推进器

2.6结果与讨论

2.7推进器改进

2.8本章小结

第三章 微电极推进器在动物运动调控中的初步应用

3.1电刺激研究中脑运动区

3.2实验结果

3.3讨论

3.4本章小结

第四章 中脑神经投射与核磁共振成像

4.1锰离子增强核磁共振成像

4.2大壁虎用核磁共振夹具设计

4.3实验材料和方法

4.4结果与讨论

4.5本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文