基于图像处理方法的小鼠足部压力数据处理

针对现有足部压力采集设备采集到的压力影像含有噪声以及分辨率低的问题,提出卷积阈值去噪算法和边缘响应插值算法进行改善。使用基于柔性压力传感器阵列的压力采集板采集小鼠足部的压力矩阵数据,利用所提出的卷积阈值去噪算法对含噪压力矩阵进行去噪处理,再利用提出的边缘响应插值算法对去噪后的压力矩阵进行插值处理,获取到分辨率高的低噪小鼠足部压力图。结果表明:所提出的去噪算法去噪效果好、小鼠足部边缘低压力值信息保存完整;其插值算法相较于同类其他插值算法插值效果更平滑、计算复杂度大幅降低。

大壁虎多节段脊柱定位装置和电生理实验

大壁虎运动能力卓越,可以三维空间无障碍运动,是仿生研究的良好模型。脊髓包含执行基本运动必不可少的网络;可靠方便的脊柱立体定位装置,是进行大壁虎在体脊髓制备及相关电生理实验,探索大壁虎运动脊髓调控机制的基础。本文根据大壁虎脊柱解剖学结构,研制了一套适于大壁虎脊柱固定的立体定位装置。该装置以通用脑立体定位仪为平台,在保持头部立体定位的同时,实现大壁虎脊柱不同节段的定位夹持。通过大壁虎颈膨大-腰膨大脊髓制备、脊髓内给药实验及中脑化学刺激-脊髓电生理同步记录实验,结果表明,所研制的大壁虎脊柱立体定位装置定位可靠、操作方便,能够满足大壁虎脊髓运动控制机理的相关实验研究。

仿复眼视觉测距传感器视轴的快速标定法

基于生物复眼的视觉结构特性及视神经处理机制,搭建了环形31通道的仿复眼视觉快速测距传感器,建立了基于侧抑制神经网络的仿生多通道视觉快速测距模型,并提出了基于高斯分布离散信息的多通道传感器多视轴快速标定法,实现环形传感器视轴标定.实验结果表明:传感器视轴标定后,传感器阵列中间视角区左眼相对准确度提高20.46%,右眼相对准确度提高9.00%;采用夹角6°的传感器阵列,在左右眼中间评测区内80%以上区域内测得目标所在角度误差小于±0.60°;实现了仿复眼视觉测距传感器对运动目标(速度50mm/s)定位误差在-3～10mm间的实时测距.

IPMC驱动柔性机器鱼速度控制系统

离子聚合物金属复合材料(IPMC)作为一种典型的柔性智能材料,具有质量轻、变形大,可在水下运行等独特优点,在制作柔性机器鱼领域展现了突出优势。实现IPMC驱动机器鱼的独立运行和速度可控对于推动其实际应用具有重要意义。由于IPMC性能限制,使得机器鱼负载能力有限,对传感器和控制单元的质量和体积均有较高要求;同时由于游动速度信号的采集和处理较为困难等原因,现有IPMC驱动机器鱼大多是以开环方式来控制,少数关于游动速度的反馈控制也是以理论研究为主或者借助外接仪器和传感器来测量参数,均未能实现独立运动下IPMC驱动机器鱼的速度反馈控制。因此,文中在制造无外接电源、独立运动机器鱼的前提下实现对游动速度的闭环控制,通过在机器鱼内部安装惯性测量单元来测量游动速度,并对其设计了比例-积分-微分(PID)控制器反馈速度控制系统,利用MATLAB对控制系统进行仿真,使用单片机、陀螺仪等制作印制电路板(PCB),利用性能优良的IPMC材料制备具有可观负载能力的机器鱼样机,并进行了预设速度分别为3mm/s和6mm/s时的实验。实验结果表明,机器鱼的独立运行和速度得到了精确控制,最终使得机器鱼约在1.8 s时达到预设速度且稳态误差保持在?0.4 mm/s以内,速度控制误差不超过8%。文中所做研究可为机器鱼游动闭环控制研究提供参考。

不锈钢基底碳纳米管阵列制备及基底弯曲研究

通过化学气相沉积法在不锈钢基底上制备定向度良好的垂直定向碳纳米管阵列。研究中发现在超薄柔性金属基底上制备碳纳米管阵列时,基底会随化学气相沉积过程发生弯曲变形。通过对比实验分析导致基底弯曲的原因,确定了变形与沉积的对应关系。采用预弯曲处理的方法克服了金属基底在制备碳管阵列时发生弯曲的问题。

基于模板匹配的生物触角电信号采集系统

生物(如蜜蜂)触角作为自然界最高效的感测系统,研究其感知机制是仿制高性能传感技术的关键。针对触角感知机制研究过程中存在的实验过程非标准化、手动操作干扰与效率低等问题,本文开发了一种适用于采集生物触角电信号(含触角反应时间信息)的自动化实验装置。首先,针对实验中昆虫头部的自动识别定位问题,建立了昆虫头部轮廓特征的图像模板,对昆虫头部实现了基于豪斯多夫(Hausdorff)法的模板匹配。然后,针对昆虫头部相对于标准检测位置的角度偏差问题,提出了基于长轴最小外接矩形的昆虫头部中轴线角度计算方法。最终,通过生物触角电信号采集装置采集得到昆虫触角接触试剂时产生的电信号。本文以蜜蜂为研究对象,实验结果表明:利用模板匹配可实现对蜜蜂头部准确率95.3%的快速匹配定位,蜜蜂头部的位姿角度纠正误差小于1°;触角与实验试剂的接触距离能够满足触角感知机制实验的要求;采集得到蜜蜂触角对蔗糖溶液的接触反应时间等参数与人工实验得到的结果一致。该系统在无人干扰的状态下实现了生物触角接触信号的有效采集,提高了生物触角感知机制实验的标准化水平,为研究与分析生物触角感知机制中所涉及的生物触角反应时间提供一种实验方法与装置。