仿动物大脑网格细胞神经定位机制的同步定位与地图构建方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61503362
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0306.自动化检测技术与装置
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In natural world, animal’s brain has evolved considerable neural localization mechanisms to adapt various complicated environments. Researchers from biology, navigation and localization have respectively proposed a lot of neural localization models and biological inspired localization approaches, both of which can describe and mimic the neural localization mechanisms of animals to some extent. However, there are still some problems with these models, e.g., the precision of localization is low, the extensibility is weak, the navigation scale is small, the consistency with real neural mechanisms of animal is low, etc. To solve these problems, a novel Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) approach which mimic the neural localization mechanisms of grid cells of animal’s brain is proposed in this project. The stereo-vision is provided as input to the proposed system, and a new path integration approach which can adapt to large scale environments and has better consistency with the real neural mechanisms of animal is developed through exploring and improving existing continuous attractor network models and oscillatory interference models of grid cells. A hippocampus place cell model and its relationships with grid cells and visual features are developed, and the accumulation errors associated with the proposed path integration system can be reduced by information fusion of visual features and path integration positions, so the accurate cognitive map can be built and represented. To improve the extensibility and accuracy of the model, a model parameters optimization process is proposed in the project. The project is expected to develop a novel biological inspired SLAM approach which can adapt to large scale environments, therefore a new technology for self-localization is presented; at the same time, the developed model is also expected to provide an effective validation tool for biological navigation and localization mechanisms in large scale environments.
自然界中,动物大脑经过亿万年进化形成了多种精巧的自主导航定位机制以适应各种复杂环境。生物与导航定位领域已分别提出众多神经定位模型和仿生定位方法,可在一定程度上描述和模仿大脑神经定位机制,但这些方法仍存在精度低、拓展性差、难以适应大范围环境以及与动物实际定位机理不符等问题。针对上述问题,本项目拟模仿动物大脑网格细胞神经定位机制,建立一种新的同步定位与地图构建(SLAM)方法:以立体视觉信息处理为基础,通过探索改进网格细胞连续吸引子网络模型和振荡干扰模型,建立适宜于大范围环境、符合动物神经定位机制的路径整合方法;建模海马体位置细胞及其与网格细胞、视觉特征的关联,通过视觉与路径整合信息融合消除累积误差,实现认知地图的构建与表达;开发模型参数优化方法,提高模型的精度与扩展性。项目预期实现一种新型适宜于大范围环境的仿生SLAM方法,为自主定位提供新的技术基础,同时也为生物导航定位提供大范围环境验证。

结项摘要

导航定位是机器人实现自主行为的关键技术,然而当前的定位方法如GPS、航迹推算等存在诸多的问题,对环境的适应性较差,极大地影响机器人自主能力的提升。在自然界中,动物大脑经过亿万年进化形成了多种精巧的自主导航定位机制以适应各种复杂环境。生物与导航定位领域已分别提出众多神经定位模型和仿生定位方法,可在一定程度上描述和模仿大脑神经定位机制,但这些方法仍存在精度低、拓展性差、难以适应大范围环境以及与动物实际定位机理不符等问题。针对上述问题,本项目提出模仿动物大脑网格细胞神经定位机制,建立一种新的同步定位与地图构建(SLAM)方法:以立体视觉信息处理为基础,通过探索改进网格细胞连续吸引子网络模型和振荡干扰模型,建立适宜于大范围环境、符合动物神经定位机制的路径整合方法;建模海马体位置细胞及其与网格细胞、视觉特征的关联,通过视觉与路径整合信息融合消除累积误差,实现认知地图的构建与表达;建立了一种结合地图匹配与仿生定位的大范围自主定位方法;提出了一种新的量子遗传算法,为仿生定位模型参数优化提供了快速有效的方法,提高模型的精度与扩展性。. 通过广泛的实验测试,验证了本项目提出的方法能够保证在无GPS条件下,自主定位精度小于10米,满足室外环境下移动机器人自主定位的需求。本项目借鉴哺乳动物的神经定位机理,研究仿生自主导航定位方法,其科学意义在于为机器人导航定位领域提供新的技术思路,从而进一步提高机器人的自主能力。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(3)
专利数量(4)
基于A~引导域的RRT智能车辆路径规划算法
  • DOI:
    10.15888/j.cnki.csa.006023
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    计算机系统应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯来春;梁华为;杜明博;余彪
  • 通讯作者:
    余彪
Intent-Estimation- and Motion-Model-Based Collision Avoidance Method for Autonomous Vehicles in Urban Environments
城市环境中基于意图估计和运动模型的自动驾驶车辆防撞方法
  • DOI:
    10.3390/app7050457
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    APPLIED SCIENCES-BASEL
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Huang Rulin;Liang Huawei;Zhao Pan;Yu Biao;Geng Xinli
  • 通讯作者:
    Geng Xinli
A Scenario-Adaptive Driving Behavior Prediction Approach to Urban Autonomous Driving
城市自动驾驶场景自适应驾驶行为预测方法
  • DOI:
    10.3390/app7040426
  • 发表时间:
    2017-04-01
  • 期刊:
    APPLIED SCIENCES-BASEL
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Geng, Xinli;Liang, Huawei;Huang, Rulin
  • 通讯作者:
    Huang, Rulin
A Practical Point Cloud Based Road Curb Detection Method for Autonomous Vehicle
一种实用的基于点云的自动驾驶车辆路缘检测方法
  • DOI:
    10.3390/info8030093
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    INFORMATION
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Huang, Rulin;Chen, Jiajia;Wu, Yihua
  • 通讯作者:
    Wu, Yihua
Influences of Leading-Vehicle Types and Environmental Conditions on Car-Following Behavior
前车类型和环境条件对跟车行为的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ifacol.2016.07.724
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    IFAC-PapersOnLine
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Geng Xinli;Liang Huawei;Xu Hao;Yu Biao
  • 通讯作者:
    Yu Biao

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其他文献

生物基光敏树脂的制备及其在 3D 打印中的应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    材料科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李建鹏;蓝青;熊宇豪;伍家振;惠永海;余彪
  • 通讯作者:
    余彪
高光泽抗划伤聚碳酸酯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备与性能研究
  • DOI:
    10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2020.12.019
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    化工新型材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹永昆;余彪;郭森;张军
  • 通讯作者:
    张军
基于硫醇/甲基丙烯酸酯的3D打印用光敏树脂的制备及性能研究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1005-5770.2020.02.008
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    塑料工业
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余彪;邱雪群;张军;贾永梅;李建鹏;何经纬
  • 通讯作者:
    何经纬
膨胀型阻燃剂/有机蒙脱土/聚丙烯复合材料的制备及性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    化工新型材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谭绍早;阳运华;余彪;蔡祥;廖马花
  • 通讯作者:
    廖马花
核酸适配体传感器在黄曲霉毒素B1检测中应用研究进展
  • DOI:
    10.13526/j.issn.1006-6144.2022.03.019
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    分析科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩冰;贾永梅;李志果;周国华;刘培炼;余彪;张玲玲;薛茗月
  • 通讯作者:
    薛茗月

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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