中文摘要：

目前生物机器人主要采用两种控制方法以电刺激直接控制老鼠等动物行为和利用人或猴脑神经元集群电信号控制机械臂等外部设备。老鼠体型小、行动能力强，嗅觉和触觉尤其敏锐，训练后作为老鼠机器人可广泛应用在灾难救援等方面。而目前老鼠机器人控制的瓶颈在于老鼠天性胆小，单纯的刺激方式下控制不易成功。本课题将电刺激控制老鼠机器人的技术与运动皮层神经元集群放电行为解码相结合，通过无线信号刺激体感皮层作为条件暗示，刺激前脑内侧束作为奖赏；同时记录训练中大鼠初级运动皮层神经元集群放电活动，对数据进行解码；比较刺激信号、神经元放电活动解码与老鼠实际行为，对刺激信号及老鼠行为进行评估；最后根据评估结果调节刺激信号，提高控制老鼠机器人的可靠性。创新性有机结合两种主流研究方法，使整个控制过程形成闭合反馈环路而非先前的开环控制；采用目前神经电生理学领域最先进的多通道信号采集系统，在最大程度上提取皮层信息作为理论支持。

结论摘要：

国家自然科学基金青年科学基金项目“基于皮层神经元集群放电行为解码的老鼠机器人控制技术”项目运行时间为2010.1至2012.12，依据项目目标，计划基本完成。项目执行过程中成功建立了无线人工导航的老鼠机器人模型，项目组采用了CC2430芯片作为动物机器人核心芯片，在硬件设计上集系统的通信模块、刺激模块、控制模块于一体，软件上参考针对CC2430的ZigBee协议，开发出点对点的通信协议。整个控制系统与传统的老鼠机器人相比，具有体积小，重量轻，功耗低等优势，有利于提高动物机器人活动的灵敏性，降低动物机器人在运动中的不适感。其中老鼠机器人节点设计已经申请了实用新型专利，在射频识别和信号采集方面具备很好的应用前景和推广价值。原本用于灵长类大型动物的在体多通道神经元放电活动记录平台在经过改造之后也成功地运用在实验大鼠上。由于在如何实时记录运动中的大鼠初级运动皮层神经元放电活动方面缺乏经验，项目组未能采集到足够理想的皮层神经元放电活动信号数据，影响了对老鼠机器人行为控制的后续工作。为了顺利完成预期目标，项目组及时对研究计划进行了修改，利用CC2430芯片的无线收发功能和CC2431的无线定位引擎功能，通过组成星型网络实时确定实验大鼠的位置，根据判断函数调整控制器产生的控制信号刺激大鼠的运动行为，最终实现了分别在简单环境和复杂环境下对老鼠机器人的遥控导航。同时为了加强对老鼠机器人的监控，课题组建立了基于机器视觉的大鼠行为视频检测系统，通过摄像头实时获取大鼠在空间的位置及方向信息，从而更加有效地配合遥控老鼠机器人到达目标位置。项目共支持培养硕士生两名分别于2010年和2011年夏季毕业，研究成果共发表论文5篇，其中3篇为Ei检索，1篇发表在国家级核心期刊，并申请实用新型专利一项。另外在项目研究基础的支撑下，课题组骨干成员成功申请到2012年度国家自然科学基金青年科学基金项目“基于LFAODV路由传输的多动物机器人控制技术”。