[实用新型]黏附动物黏-脱附过程微观行为和力学数据同步采集装置

说明书

本实用新型公开了一种黏附动物黏‑脱附过程微观行为和力学数据同步采集装置包括同步触发模块，同步触发模块分别连接有力学采集系统、显微高速摄像系统、程控微电刺激系统；力学采集系统包括力采集部件、力学传感器和力采集程序控制计算机，力学传感器和力采集程序控制计算机分别与力采集部件连接，力采集程序控制计算机和力采集部件分别与同步触发模块连接；显微高速摄像系统包括第一显微高速摄像机和第二显微高速摄像机；程控微电刺激系统包括依次相连的微电刺激控制计算机、微电刺激器和刺激电极，微电刺激控制计算机与同步触发模块连接。本实用新型通过同步触发模块实现了同步，快速、准确地采集到粘附动物粘/脱附行为中微观行为和力学数据。

技术领域

本实用新型属于微观行为学技术领域，涉及一种黏附动物黏-脱附过程微观行为和力学数据同步采集装置。

背景技术

可粘附动物的粘附系统具有高稳定性、易粘/脱附等特点，对其粘附系统的粘/脱附微观行为及力学性能的研究有利于理解动物粘附系统的物理机制，为未来仿生爬壁机器人粘附系统设计提供理论依据和技术支撑。大壁虎是已知具有粘附性能的爬行动物中个体最大的一种，具有优异粘附能力的大壁虎可以在任意倾斜角度表面运动，作为可粘附动物中的一个典型实验动物，已被广泛研究。

2000年，Autumn等采用人为控制刚毛粘脱附的方法，在显微摄像的帮助下，首次获得了单根刚毛的粘脱附性能，并发表于Nature 杂志，极大的推动了壁虎粘附系统性能的研究。

目前关于粘附动物的粘脱附性能的研究主要集中于理论假想模型，缺乏实验验证，不能全面揭示其粘脱附的物理机制。原因在于：首先，为了获得自由粘/脱附过程中脚趾刚毛在粘/脱附时的变形机制，必须采用显微摄像系统，但其拍摄视野有限加之粘附动物运动过程中脚趾接触位置的不确定性，导致实际情况下难以捕获自由运动时粘附动物脚趾粘/脱附过程的微观行为；其次，粘/脱附性能的一个重要评价参数就是力学性能，如何在自由运动时，高效地获得大量的粘附动物各个脚趾的粘/脱附力学数据一直没有得到解决。因此同时获得自由状态下粘附动物脚趾粘/脱附的微观行为及力学数据是粘附动物脚趾粘/脱附物理机制研究的一个重要技术难题。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型提供一种黏附动物黏-脱附过程微观行为和力学数据同步采集装置，解决了自由运动时粘附动物脚趾粘/脱附过程的微观行为难以捕获的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，黏附动物黏-脱附过程微观行为和力学数据同步采集装置，包括同步触发模块，所述同步触发模块分别连接有力学采集系统、显微高速摄像系统、程控微电刺激系统；所述力学采集系统包括力采集部件、力学传感器和力采集程序控制计算机，所述力学传感器和力采集程序控制计算机分别与力采集部件连接，所述力采集程序控制计算机和力采集部件分别与同步触发模块连接；所述显微高速摄像系统包括第一显微高速摄像机和第二显微高速摄像机，所述第一显微高速摄像机和第二显微高速摄像机分别与同步触发模块连接；所述程控微电刺激系统包括依次相连的微电刺激控制计算机、微电刺激器和刺激电极，所述微电刺激控制计算机与同步触发模块连接。

本实用新型的特征还在于，

所述力学传感器包括用于粘附动物脚趾的测力玻璃片。

所述力学传感器为毫牛级三维力学传感器，其分辨率为1 mN，固有频率为491 Hz。

所述第一显微高速摄像机和第二显微高速摄像机拍摄区域采用6000 Lux冷光源补光，采集频率为1000 Hz。

所述刺激电极的微电刺激参数为波宽1 ms，频率80 Hz，强度30~80 μA，每次刺激时间不超过5 s，两次刺激的时间间隔＞3 min。

本实用新型的有益效果是，