生物机器人是人类通过生物控制技术施加干预信号调控其运动行为从而实现操纵的生物,是当今世界上新兴的前沿的并融合了多学科的一个高科技研究领域,可广泛应用于灾难搜救、生态监测和反恐侦查等方面。因此,研究生物机器人具有重要的理论意义和应用价值。本课题以鲤鱼为研究对象,研究内容如下:首先,进行了光刺激对鲤鱼视觉器官影响的研究。通过解剖学方法确定了鲤鱼视觉器官及视神经的组织结构;筛选刺激光源的材料;利用检眼镜观察不同波长的光刺激后鲤鱼眼球内部的色素沉淀数,并运用组织形态学技术制备组织切片,比较细胞的形态及数量,筛选出对鲤鱼视觉器官损伤较小的光源,从而为光刺激控制鲤鱼机器人实验奠定基础。其次,从光刺激控制鲤鱼机器人运动行为方面进行实验研究。通过解剖鲤鱼颅骨确定了光刺激搭载装置在鲤鱼颅骨处的最适宜搭载位点,在水迷宫中进行趋光性实验,发现鲤鱼具有趋光性;在此研究基础上,分别在离水状态和水下状态探究了单侧不同角度、不同波长、不同强度的光源及双侧异种光源对鲤鱼运动行为的影响;针对频繁更换光刺激搭载装置对鲤鱼造成脑损伤问题,设计了一种可旋转光源的光刺激搭载装置及方法。再次,开展光刺激结合电刺激控制鲤鱼机器人运动行为的实验研究。分别在离水状态和水下状态电刺激鲤鱼脑运动区并记录其运动行为,确定有效的刺激位点;运用光刺激结合电刺激的方法在组合式多臂迷宫装置内控制鲤鱼机器人运动行为,检验了该方法的可行性,提高了控制鲤鱼机器人运动行为的成功率,为水生生物机器人提供一种新的控制方法。最后,分别对光刺激和电刺激控制鲤鱼机器人运动行为的机理进行了探讨。对光刺激后的视神经和电刺激后的脑组织制备冠状位组织切片并进行HE染色,通过形态学观察确定刺激位点,进一步分析控制鲤鱼机器人运动行为的机理。