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题名水下仿生侧线感知研究进展
被引量：2
- 1
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作者
翟宇凡
熊明磊
王晨
谢广明
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机构
北京大学工学院智能仿生设计实验室
北京大学软件工程国家工程研究中心
北京大学海洋研究院
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出处
《水下无人系统学报》
2023年第1期50-67,共18页
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基金
国家自然科学基金项目资助(U22A2062,12272008,61633002,51575005,61973007).
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文摘
侧线是鱼类针对水下环境特有的感知器官,能够帮助鱼类感知周围水环境信息。受此启发,设计研制人工侧线系统并应用于水下机器人,已成为水下无人系统研究的热点之一,受到国内外学者广泛关注。论文概述水下仿生侧线感知的相关研究进展,从仿生原理、结构设计、感知功能等角度,系统地介绍仿生侧线感知的国内外发展现状,具体介绍了作者团队基于仿箱鲀机器鱼以及仿生侧线系统开展的运动状态估计、姿态保持控制、邻近感知等研究工作。通过对现有研究的分析与总结,进一步提出了水下仿生侧线感知领域未来的发展方向:传感器阵列设计优化、自然环境下的流场感知、避障行为与集群行为的实现等。
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关键词
仿生机器鱼
人工侧线系统
水下感知
水下机器人
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Keywords
bio-inspired robotic fish
artificial lateral line system
underwater perception
underwater robot
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分类号
TP242.6
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
U661.338
[自动化与计算机技术—控制科学与工程]
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题名鱼类的侧线机械感受系统和仿生学等应用研究
被引量：5
- 2
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作者
李超
王晓杰
宋佳坤
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机构
上海海洋大学水产与生命学院海洋生物系统和神经科学研究所
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出处
《科学通报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2017年第22期2509-2519,共11页
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基金
上海高校水产学一流学科建设项目
国际海洋研究中心项目(A-0209-13-0802)
上海海洋大学研究生创新能力培养-优秀研究生论文培育计划(2014)资助
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文摘
鱼类和水生两栖类(或幼体),具有特殊的侧线机械感受系统,以感受和分析周围水流微小的时空动态变异,提供鱼体即时的位向和环境水动态信息,助其判断水流属性,完成摄食、避敌、生殖、集群、导航和通讯等复杂行为.侧线机械感受的外周感觉器官主要为两类"神经丘":感受流体加速度(或压力差)和平行于体轴的流向信息,一般是位于体表侧线管道中的"管道神经丘";感受流体速度和垂直于体轴的流向信息,位于鱼体表面的"表面神经丘".两者都由感觉毛细胞和包裹的胶质顶组成.当接触流体的振动波时,胶质顶带动其内部的纤毛束发生定向摆动和偏转,打开毛细胞膜的离子通道,改变细胞的内外电位差,将流体机械信息转换成神经电信号传入.两类神经丘的大小、形状和排列方位(互成90°)不同,并由各自的神经支配.神经丘数目繁多,以特定的模式遍布鱼表,全方位地收集各部位不同瞬间的水动力变化信息,并由专一的侧线传入神经分支至中枢神经各级侧线中心,系统地综合分析.侧线感受器结构的精致程度和侧线系统在鱼体分布空间模式的复杂性,是依鱼的种类(系统进化地位)、水流生境及特殊行为等多方面需求形成.该系统已吸引了科学家近百年的研究,在物种间表观形态和生态行为多样性等,尤其是功能形态和神经电生理学方面,颇有进展.近年来,运用数学、物理、计算科学和纳米技术等多学科交叉研究,正起步开拓其仿生学应用.为进一步推动对侧线生物学和水动力机械感受器模式及其智能仿生学交叉研究领域的发展,本文以鱼类侧线研究的新发现和认识为基础,结合近年来有关侧线系统的研究文献,对侧线机械感受器的结构机理、发育模式、神经功能特性以及仿生学研究的进展与展望等方面进行综述.
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关键词
侧线系统
机械感受器
神经丘
人工侧线系统
智能仿生
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Keywords
lateral line system, mechanoreceptor, neuromast, artificial lateral line system, biomimetic
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分类号
Q811
[生物学—生物工程]
S917.4
[农业科学—水产科学]
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题名基于人工侧线的相邻仿生机器鱼感知研究
被引量：4
- 3
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作者
张兴兴
王伟
陈世明
谢广明
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机构
华东交通大学电气与电子工程学院
北京大学工学院
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出处
《测控技术》
CSCD
2016年第10期33-37,共5页
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文摘
侧线系统是鱼类重要的感知器官,鱼类可以通过侧线器官实现对周围环境的感知,从而进行捕食、避敌以及一些群体行为。鱼类尾鳍摆动时会形成反卡门涡街,研究反卡门涡街对于仿生机器人的位姿和运动状态感知具有重要意义。以仿生机器鱼为平台、以侧线系统为依据,在机器鱼上实现人工侧线系统,当前方不同相对横向位置处机器鱼尾鳍摆动时,利用人工侧线实现对尾鳍摆动产生的反卡门涡街进行信息感知,从而间接识别机器鱼的相对横向位置,为群体机器鱼的相互感知提供了新思路。
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关键词
仿生机器鱼
侧线系统
人工侧线
反卡门涡街
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Keywords
bionic robotic fish
lateral line system
artificial lateral line system
reverse Karman vortex street
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分类号
TG156
[金属学及工艺—热处理]
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题名基于人工侧线系统的机器鱼游动模态感知研究
被引量：2
- 4
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作者
李渊
王伟
罗文广
谢广明
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机构
广西科技大学电气与信息工程学院
北京大学工学院
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出处
《兵工自动化》
2015年第5期88-92,共5页
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基金
广西教育厅重点科研项目(ZD2014073)
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文摘
针对水下机器人面临着感知周围水环境信息的困难的问题,在自主式机器鱼上设计一种人工侧线系统。首先介绍了自主式机器鱼及其人工侧线系统,其次通过改变中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)的运动控制参数决定机器鱼的游动模态,最后通过人工侧线系统得到机器鱼在向前、左转右转和上升下潜时的压强变化。分析结果表明:该套人工侧线系统设计能有效的感知水流信息,为水下机器人提供了一种感知游动模态的新办法。
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关键词
人工侧线系统
机器鱼
游动模态感知
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Keywords
artificial lateral line system
robotic fish
swimming mode sensing
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分类号
TP242.3
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名基于人工侧线系统的动载体流场感知
被引量：2
- 5
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作者
刘贵杰
王蒙蒙
杨亭亭
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机构
中国海洋大学工程学院
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出处
《兵工自动化》
2020年第5期1-6,共6页
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基金
国家自然科学基金(61540010)。
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文摘
为增强水下航行器的导航和感知能力,通过模拟鱼类侧线在水下航行器中搭建人工侧线系统。介绍鱼类侧线的功能和人工侧线的国内外研究现状,分析侧线管神经丘的生物模型以及BP神经网络算法的原理;将实验和数值模拟方法相结合,分别收集水下航行器在不同流场环境下的静压数据;通过神经网络算法对流场的流速以及来流角度进行识别。结果表明:BP神经网络算法可有效识别流场参数,识别率达到95%以上。
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关键词
人工侧线系统
流速
来流方向
数值模拟
BP神经网络算法
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Keywords
artificial lateral line system
flow velocity
flow direction
numerical simulation
BP neural network algorithm
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分类号
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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