作者:史俊庭 袁悦 赵晨琰 吴鸿瑶 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2019/3/8 10:59:31
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用技术控制动物行为,郑大学子创意获殊荣

 

给乌龟穿上一件只有一个鸡蛋重的“盔甲”, 它就可以按照指令爬行,准确到达目的地。这听起来像是科幻电影里的画面,然而,由郑州大学机械工程学院的王凯甬、生命科学学院的倪新程、机械工程学院的裴雷、商学院的赵诗倩、外语学院的贾彤彤五人组成的团队,利用光电技术完成的“动物行为控制技术”项目将它变成了现实。

3月7日,在北京国家会议中心举行的2019全球创新教育大会暨第十二届iCAN原创中国精英赛上,由郑州大学学生处选送的“动物行为控制技术”项目从35支代表队中脱颖而出,斩获特等奖,这也是郑州大学参加此项比赛的九年以来获得的第四次特等奖。今年6月,团队将代表中国国家队参加在德国柏林举行的世界传感器大会,展示中国大学生的创新实力与风采。

光电刺激技术,填补动物研究领域空白

在比赛现场,团队成员与2004年诺贝尔化学奖得主阿龙·切哈诺沃博士、IEEE全球总主席福田敏男院士、北京大学的程和平院士等大牛进行了面对面的交流。程和平院士称赞道:“这套设备成本不高,操作简单,对动物也没有危害,很有创新性!”此外,其利用光电技术干预动物行为的创意,填补了动物研究领域的空白。

实现乌龟行为控制的“法宝”是一个长宽约为10厘米,高约为5厘米的弧形“龟盔”。为了使巴西龟行动便捷,王凯甬和队员们运用3D打印技术,制作了一个类似龟壳状的、可以伸缩的黑色外壳作为产品主体。

在实验中,队员们发现,巴西龟对特定波长的光和特定频率的声音刺激反应明显,比如在黑色遮挡物前则会反方向逃离,于是他们在外壳缺口处装上紫外发生装置、紫外线接收设备和WIFI摄像头。黑色外壳顶部的电池电线则是该产品的“核心枢纽站”。

在启用该设备前,只需将龟壳上方装上固定装置便可将“龟盔”与龟壳完美契合。动动遥控器,就可以让乌龟乖乖“听话”。

反复试验,参赛设备为第三代

“之前我在寝室逗乌龟时,发现乌龟对光有较强的应激性,我觉得非常有意思,就默默记下了。”王凯甬说,他平时特别喜欢钻研机器人,但是仿生机器人造价过高,并且无法完全模拟动物的神经反射和行为活动,而动物本身具有灵活性高、机动强等诸多优势,于是,他就把注意力转移到了活体动物如乌龟身上。

为了得到更准确地结果,团队成员在市场上挑选了3只最活跃的巴西龟,对它们进行了千百次光电刺激实验,并观察它们的反应和行动轨迹。得出结论后,团队伙伴们想要设计一个“龟盔”,来控制巴西龟的行为。

然而,想法虽好,实现起来确实困难重重:“龟盔”外壳不够高遮光效果就不好,外壳过重又会使乌龟爬行速度减慢,固定面积过小会导致设备左右摇晃……在张宏选老师的悉心指导下,队员们在一次次尝试中不断调整,不断改进,精益求精。

“单是3D打印制作一个外壳就需至少27小时,工期急促,实验周期长,这对我们来说都是很大的考验。”队长王凯甬介绍,“第一代和第二代设备由于太重太大,内部骨架过于松动,都被淘汰了,参加比赛的设备是第三代。”

应用范围广,前景一片大好

在动物的“头盔”上搭载摄像头,它们就会成为不易被察觉的摄影机;在濒危动物的身上安放控制设备,远隔万里也可以帮助它们找到逃生路径;给乌龟、鸽子、小白鼠稍加“改造”,它们就能摇身一变,成为战场上的“先锋侦察兵”……王凯甬团队的“动物行为控制技术”前景喜人。

“我们更希望这项技术可以运用到军事侦察、地质勘探等领域上,动物天生的诸多优势会帮助人类在这些方面取得更大的进步。”倪新程称。

程和平院士对利用动物条件反射,来干预活体动物行为的技术很感兴趣。“希望你们能再做一些深入的研究,以期在小白鼠、鸽子等其他动物身上得到应用。”他说。

接下来,我们打算将该设备进一步微型化、集成化,增强隐蔽性。“我们还想增加防水功能,以适应实际需要。”倪新程说,他们将不断改进设备的性能,希望可以走向市场,实现进一步的应用和推广。

 
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