基于功能性电刺激的蝗虫跳跃生物机器人肌动调控机理与姿态控制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905120
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The motions of animals reveal strong mobility and high flexibility. Thus, the cyborg animals which are made on biological platforms have stronger mobility and better terrain adaptability than artificial robots. Locusts, talented natural jumpers, are widely distributed in China. Taking locust as the biological platform and controlling its jump mechanism through micro-electronic device, we can develop a natural animal into jumping cyborg locust, or insect-machine hybrid. At present, the research of cyborg robot is mostly focused on walking and flight control, while the jumping cyborg robot remains undeveloped and even the control method for inducing locust jumping has not yet been established. Therefore, this project will focus on the research of jumping cyborg locust. At the beginning, the jumping gait of locusts should be well established, and functional electrical stimulation method should be developed based on the functions and characteristics of jumping muscles. Then we will try to control the jumping behavior of locusts by stimulating the motor nerves or muscle tissues. Moreover, an optimized electrical stimulation protocol should be built to induced controllable graded jumping force as a function of the input signal. In compliance with the protocol, a control model, as well as its program, will be established. Finally, the jumping cyborg locust will be developed to achieve flexible jumping and quick moving.
生物的运动具有机动性强、灵活性高的特点,基于生物体开发的生物机器人可以有更强于人工机器人的运动能力与地形适应能力。拥有出色跳跃能力的蝗虫在我国分布广泛,以蝗虫为生物平台,通过微型电子设备控制蝗虫跳跃,可以开发出“半机械半蝗虫”的跳跃式生物机器人。目前,生物机器人研究多集中于爬行与飞行控制,而跳跃式生物机器人仍没有被开发,同时,针对蝗虫跳跃机构的控制方法也尚未建立。因此,本项目将针对蝗虫跳跃生物机器人展开研究。首先要建立蝗虫的跳跃步态,并结合跳跃中的肌肉调控机理开发功能性电刺激方法,通过刺激蝗虫的运动神经或肌肉组织,控制蝗虫的跳跃机构工作,进而通过优化电刺激协议,有梯度地控制蝗虫跳跃力度,并据此建立控制模型,开发控制软件,最终实现蝗虫跳跃生物机器人的灵活跳跃能力与快速移动能力。

结项摘要

拥有出色跳跃能力的蝗虫在我国分布广泛,以蝗虫为生物平台,通过微型电子设备控制蝗虫跳跃,本项目开发了“半机械半蝗虫”的跳跃式生物机器人。先前的生物机器人研究多集中于爬行与飞行控制,而跳跃式生物机器人没有开发先例,此外,针对蝗虫跳跃机构的控制方法也尚未建立。因此,本项目首先提出了基于蝗虫神经与肌肉电刺激的生物跳跃机器人设计思路,建立了蝗虫跳跃步态及姿调整模型,结合跳跃中的肌肉调控机理开发了功能性电刺激方法,并通过刺激蝗虫的运动神经或肌肉组织,实现了有梯度地控制蝗虫跳跃力度。研究中进一步解释了蝗虫转向跳跃和差动跳跃的运动机制,开发了能够实现准确转向跳跃的电刺激控制协议,并设计了配套的生物电子控制系统,研制了具有灵活跳跃能力与快速移动能力的生物机器人。本项目研究成果在灾后探测、事故勘察、管道检修等场景下具有重要的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(4)
Feedback Altitude Control of a Flying Insect–Computer Hybrid Robot
飞行昆虫的反馈高度控制——计算机混合机器人
  • DOI:
    10.1109/tro.2021.3070983
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yao Li;Hirotaka Sato;Bing Li
  • 通讯作者:
    Bing Li
Launching of a Cyborg Locust via Co-Contraction Control of Hindleg Muscles
通过后腿肌肉的共同收缩控制发射机器人蝗虫
  • DOI:
    10.1109/tro.2022.3152102
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Songsong Ma;Peng Liu;Shen Liu;Yao Li;Bing Li
  • 通讯作者:
    Bing Li
Design and Experimental Validation of a Shock-Absorption Mechanism Inspired From the Frog’s Forelimbs
受青蛙前肢启发的减震机构的设计和实验验证
  • DOI:
    10.1109/lra.2022.3142845
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION LETTERS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jingcheng Xiao;Songsong Ma;Jixue Mo;Yao Li;Bing Li
  • 通讯作者:
    Bing Li
Omnidirectional Jump Control of a Locust-Computer Hybrid Robot
蝗虫-计算机混合机器人的全向跳跃控制
  • DOI:
    10.1089/soro.2021.0137
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Soft Robotics
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Peng Liu;Songsong Ma;Shen Liu;Yao Li;Bing Li
  • 通讯作者:
    Bing Li
The function of pitching in Beetle’s flight revealed by insect-wearable backpack
昆虫可穿戴背包揭示了甲虫飞行中俯仰的功能
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2021.113818
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Biosensors and Bioelectronics
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Fang Fu;Yao Li;Haitong Wang;Bing Li;Hirotaka Sato
  • 通讯作者:
    Hirotaka Sato

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其他文献

段长在汉语语音识别系统后处理阶段的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    清华大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘加;李曜
  • 通讯作者:
    李曜

其他文献

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李曜的其他基金

基于多神经节协同电刺激的生物机器人低衰减运动控制及其集群协同搜索技术研究
  • 批准号:
    52375011
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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