基于BCI的生物机器人研究

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生物机器人是指利用生物体的运动机能、动力供应体制,从生物运动的感受传入或神经支配入手,实现对生物的运动和某些行为的人为控制,从而利用生物特长代替人类完成人所不能和人所不敢的特殊任务。脑机交互技术(BCI),研究的是如何通过非自然的方法沟通脑内信息和外界环境。它为大脑和环境提供了双向传输通道,外界信息能从生物传感器输入到神经系统,神经信号也可以用于控制外部电子机械装置。该项技术可以修复、改善甚至扩展神经系统原有功能,提供了一种崭新的信息交互模式。利用生物控制技术研制生物机器人始于上世纪90年代,是电子信息技术、微制造技术和生物科学高度发展与相互融合的产物,是目前科技发展最活跃的领域之一。通过研究生物机器人,利用动物自身的生物传感功能,获取动物的感觉,控制动物的行为,使动物在人类无法进入的地区有目的得完成寻找目标、定位等活动,大大降低在危险环境和战场中人类所面临的危险,在军事侦察、边境缉毒、救灾等领域都有广泛的用途。本文首先介绍了生物机器人和BCI技术的基本概念,重点讲解对基于BCI的生物机器人的研究的巨大意义和广泛的应用前景,对国内外在该领域的一些重要成果作了简单介绍。阐述了基于BCI的生物机器人的研究的基本原理和关键的技术,涉及到神经科学,传感器,植入式电极,无线遥控遥测等众多方面的内容。接着介绍了生物机器人研究对象的选择,以及对大鼠从饲养、筛选到训练等各个方面的做了相应的探索和实践。讨论了大鼠行为控制系统的基本原理和设计指导原则。提出了控制系统的基本架构,并介绍了刺激/采集器、通讯模块、控制台等各个系统子模块的实现。在此基础上,在生物机器人研究中应用行为控制系统,对大鼠进行的MFB和SI刺激实验,并介绍了实验结果,论证行为控制系统的可靠性和MFB及SI刺激的可行性。最后,对全文的工作进行总结,并提出进一步研究的方向:开发无线自动导航系统、加强无线通讯模块和在康复工程方面的应用试验。
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