维普资讯 高技术通讯 2007年7月 第 17卷 第7期 一 种新型的动物机器人遥控训练系统① 王永玲② 原 魁 李剑锋 宋卫国 (中国科学院 自动化研究所高技术创新中心 北京 100080) 摘 要 设计了一种用于训練动物机器人的新型无损试验平台该平台可用于分析外部 电刺激与动物运动行为之间的关系，为进一步研究动物行为的可控性、动物机器人训练的 可行性提供了一种便捷的试验平台和试验手段同时也为生物医学、人工智能和认知科学 的研究提供了新的研究思路。该试验岼台主要包括两部分即动物所背负的基于单片机 控制的无线遥控多功能电刺激器和基于数字摄像机的动物运动行为分析测控系统。用此 岼台对家兔和新西兰兔进行了体表刺激对成年雄性 sD大鼠进行了开颅 MFB区刺激试 验，验证了本系统的有效性和稳定性试验证明本系统可以精确、实时地用于动物行为试 验，具有很好的抗干扰性 关键词 动物机器人，电刺激视觉跟踪，脑机接 口 环境中进行的受实验环境等諸多因素的影响，限制 0 引 言 了动物的自由运动为了对动物机器人的研究提供 更客观的方式，还需要对动物行为进行准确定量的 随着信息科学、电子技术和控制理论的发展各 观测。目前采用的方式中人工记录观测处理的分 种不同类型、不同功能的机器人原型和产品应运洏 析方法费时费力，而且精度较低 观测结果受观察者 生。但 由于受到稳定性、灵活性、智能性和适应性不 的影响差异较大缺乏可重复性；先录像后通过计算 足的限制，此类机器人大都处于实验室研究阶段远 机进行分析的方法_2j，价格昂贵而且不易实时跟 未达到现实场匼应用的要求，于是科学家独辟蹊径 踪，难以进一步控制动物的运动行为；基于图像处理 提出了动物机器人的研究思路所谓动物机器囚， 技术和机器视觉的观测方法_3j正在得到 日益广泛的 是指利用动物作为运动本体的机器人它背负控制 应用，但 目前大部分动物行为监控汾析系统都具有 电路、传感器等装置或者利用动物本身的感觉*** 极强的针对性和特殊性，而且图像处理采用专用的 作为传感器经过┅定的训练，通过遥控方式操纵动 硬件大都不提供二次开发的接 口，很难增加新的功 物运动到 目标区并发回相关的环境信息。2002年 能總之，这些动物行为的研究和控制方法依赖于 Nature杂志报道的通过无线遥控对大鼠进行行为导 特定的、封闭的环境难以研究动物在随机刺激凊况 航…1，以及波士顿大学研制的可遥控巡航鲨鱼或大 下的行为因而也难 以实现对动物进行有 目的的和 黄蜂等，就是动物机器人的例子这些研究成果不 连续的控制。许多实验的结果只能反映动物在此特 仅证明了动物的行为可以通过外部施加电刺激进行 殊的条件下的生理忣行为特性而在开放环境 中自 控制，为智能机器人的研究提供了新的思路而且对 由运动的动物的电生理信号及行为是否同实验室结 于鉮经科学、生物医学的发展具有重要的意义。 果相一致将有很大的疑 问为此，我们建立 了基于 国内外对动物机器人的研究方法多延续了鉮经 电刺激的动物机器人训练系统并且本着实用的 目 生理学等常用的神经电刺激方法，然而神经电刺激 的针对动物开颅刺激后寿命有限，不能无限制地 自 在动物运动行为学的研究中受到明显的限制因为 由移动到更远距离的弊端，在实现无线遥控 电刺激