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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 環(huán)形數(shù)字魚(yú)類(lèi)視覺(jué)實(shí)驗(yàn)裝置的研制
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 采用現(xiàn)代光電物理應(yīng)用技術(shù)與傳統(tǒng)魚(yú)類(lèi)行為學(xué)研究手段有機(jī)結(jié)合的方法，自主設(shè)計(jì)制作了一個(gè)環(huán)形數(shù)字魚(yú)類(lèi)視覺(jué)實(shí)驗(yàn)裝置，較好地解決了其它各種運(yùn)動(dòng)性視覺(jué)實(shí)驗(yàn)裝置的不足，如刺激物帶來(lái)的噪聲、震動(dòng)和水流波動(dòng)等干擾影響。該裝置具有很好的可控制性能，可以方便地進(jìn)行多種魚(yú)類(lèi)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括視覺(jué)、條件反射等，在漁業(yè)工程和水下工程等方面具有一定的開(kāi)發(fā)潛力。
- 詳細(xì)介紹：
- 魚(yú)類(lèi)的視覺(jué)特性是漁具設(shè)計(jì)的重要參考之一。對(duì)魚(yú)類(lèi)的視覺(jué)能力和行為的研究?jī)?nèi)容涉及魚(yú)類(lèi)能看到什么，是否能分辨顏色和物體形狀，視覺(jué)反應(yīng)的最低光強(qiáng)，視覺(jué)距離，以及因視覺(jué)刺激引起的對(duì)不同物體的行為反應(yīng)，例如保標(biāo)性等。本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)并研制一種環(huán)形數(shù)字魚(yú)類(lèi)視覺(jué)試驗(yàn)裝置，來(lái)探索魚(yú)類(lèi)的部分視覺(jué)特性。主要采用現(xiàn)代光電物理應(yīng)用和電子微控技術(shù)與傳統(tǒng)魚(yú)類(lèi)行為研究手段有機(jī)結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在對(duì)各種傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比和分析后，認(rèn)為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題在于不能有效隔離外界因素的干擾，從而影響實(shí)驗(yàn)精確性。為了使對(duì)魚(yú)類(lèi)視覺(jué)產(chǎn)生的刺激變量單一化，我們通過(guò)設(shè)計(jì)，有效改進(jìn)了原先實(shí)驗(yàn)裝置和設(shè)計(jì)的繁重、噪聲、可控性差等不足，并拓寬了原先實(shí)驗(yàn)裝置功能單一的局限性，可用于測(cè)定魚(yú)類(lèi)視覺(jué)能力的多個(gè)項(xiàng)目。例如，我們?cè)O(shè)計(jì)的裝置除了能實(shí)現(xiàn)亮暗條紋轉(zhuǎn)動(dòng)使得與跟著游動(dòng)這一效果外，還可以探究在漸變，甚至復(fù)雜的光亮變化，光亮程度，光亮形式，光亮顏色等條件下魚(yú)的反應(yīng)。還可以在魚(yú)缸里安裝各種不同的傳感器，比如溫度傳感器，PH傳感器等，測(cè)出更為系統(tǒng)的魚(yú)類(lèi)行為實(shí)驗(yàn)參數(shù)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)：魚(yú)類(lèi)的視覺(jué)特性是漁具設(shè)計(jì)的重要參考之一。在魚(yú)類(lèi)視覺(jué)行為反應(yīng)研究中，常用的幾種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有：圓筒式條紋實(shí)驗(yàn)、傳送帶式條紋實(shí)驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)帶子水槽實(shí)驗(yàn)、雙水槽實(shí)驗(yàn)和均勻光場(chǎng)條紋實(shí)驗(yàn)等，這些都只是用來(lái)測(cè)試魚(yú)類(lèi)視覺(jué)的保標(biāo)性的。其它實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還有：魚(yú)類(lèi)對(duì)各種顏色的行為反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、魚(yú)類(lèi)辨別顏色能力實(shí)驗(yàn)和魚(yú)類(lèi)視覺(jué)殘留和反差臨界值測(cè)試實(shí)驗(yàn)等。通過(guò)對(duì)各種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合分析，認(rèn)為以上各種實(shí)驗(yàn)各有優(yōu)點(diǎn)，但也存在某些缺陷，主要有：①功能單一，每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)只能測(cè)試一個(gè)魚(yú)類(lèi)視覺(jué)指標(biāo)；②結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作不方便；③會(huì)產(chǎn)生水流、噪聲等干擾；④實(shí)驗(yàn)精度有限；⑤功耗大。 本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)并研制一種環(huán)形數(shù)字魚(yú)類(lèi)視覺(jué)試驗(yàn)裝置，來(lái)探索魚(yú)類(lèi)的部分視覺(jué)特性。主要采用現(xiàn)代光電物理應(yīng)用技術(shù)與傳統(tǒng)魚(yú)類(lèi)行為研究手段有機(jī)結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 發(fā)明目的：我們希望通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，使各個(gè)成員在“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題”這一過(guò)程中，培養(yǎng)和鍛煉自身的科研探索能力。 創(chuàng)新點(diǎn)：本項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于將現(xiàn)代光電物理應(yīng)用和電子微控制技術(shù)，有機(jī)地融合在傳統(tǒng)的魚(yú)類(lèi)行為研究中，并且拓寬了原先實(shí)驗(yàn)裝置功能單一的局限性，可用于測(cè)定魚(yú)類(lèi)視覺(jué)能力的多個(gè)項(xiàng)目。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)：在于電路設(shè)計(jì)、程序控制以及材料選擇等。最終要實(shí)現(xiàn)亮暗條紋轉(zhuǎn)動(dòng)使得魚(yú)跟著游動(dòng)，以及在漸變，甚至復(fù)雜的光亮變化，光亮程度，光亮形式，光亮顏色等條件下，觀察和測(cè)定不同魚(yú)類(lèi)的視覺(jué)反應(yīng)性能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在魚(yú)類(lèi)視覺(jué)測(cè)試方面，有一個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)——黑白條紋實(shí)驗(yàn)。即根據(jù)有些魚(yú)具有跟隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的習(xí)性，即保標(biāo)性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以觀察和了解哪些魚(yú)類(lèi)具有這種習(xí)性；如果魚(yú)具有跟隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的習(xí)性，則證明魚(yú)的視覺(jué)發(fā)揮作用，應(yīng)該是看見(jiàn)目標(biāo)的；因此可以通過(guò)魚(yú)類(lèi)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的反應(yīng)來(lái)判斷魚(yú)類(lèi)的視覺(jué)能力。但這種傳統(tǒng)的條紋實(shí)驗(yàn)在操作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生噪聲和水流的波動(dòng)等，影響觀察結(jié)果，且可控制性差、操作不方便。 本裝置采用電子微控制技術(shù)，在靜態(tài)的背光板上顯示動(dòng)態(tài)的彩色條紋，代替轉(zhuǎn)動(dòng)的皮帶或條紋輪，有效的解決了噪聲和水流波動(dòng)等帶來(lái)的干擾，通過(guò)PC機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置，避免了在近距離實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人和操作動(dòng)作對(duì)魚(yú)類(lèi)行為的干擾。在對(duì)第一代裝置進(jìn)行初步試驗(yàn)觀測(cè)后表明，裝置的設(shè)計(jì)思路和可操作性得到較好的驗(yàn)證。通過(guò)斑馬魚(yú)魚(yú)游試驗(yàn)，證實(shí)本裝置不僅可控性好、操作方便，而且能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)，這為教學(xué)示范和科學(xué)研究帶來(lái)極大的方便。另外，本裝置還具有測(cè)試魚(yú)類(lèi)對(duì)各種顏色的行為反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、魚(yú)類(lèi)辨別顏色能力實(shí)驗(yàn)、魚(yú)類(lèi)視覺(jué)殘留和反差臨界值測(cè)試實(shí)驗(yàn)等功能。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年4月，獲校級(jí)大學(xué)生優(yōu)秀科研創(chuàng)新項(xiàng)目 2009年5月，在上?？萍拣^進(jìn)行為期一周的科普作品展示 2009年5月，首屆上海大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)論壇優(yōu)秀案例
作品所處階段
- 第1代產(chǎn)品已制作完成，并應(yīng)用于具體魚(yú)類(lèi)行為實(shí)驗(yàn)。 第2代產(chǎn)品制作方案已確定，硬件設(shè)備正在完善中。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 希望能以合作開(kāi)發(fā)的形式進(jìn)行。
作品可展示的形式
- 實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)物；實(shí)驗(yàn)裝置有關(guān)圖片；實(shí)驗(yàn)裝置的現(xiàn)場(chǎng)演示。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 簡(jiǎn)單說(shuō)明：將128條數(shù)碼管均勻布置在環(huán)形缸的內(nèi)壁上，用8個(gè)按鍵控制不同的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)方式及速率，使條狀明暗光源循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并顯示當(dāng)前速率等。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：較好地解決了運(yùn)動(dòng)性視覺(jué)刺激物帶來(lái)的噪聲、震動(dòng)和水流波動(dòng)等干擾影響。具有很好的可控制性能，可以方便地進(jìn)行多種行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括視覺(jué)、條件反射等。 應(yīng)用前景簡(jiǎn)析：本裝置的設(shè)計(jì)為魚(yú)類(lèi)行為的視覺(jué)研究提供一種新的研究手段和方法，具有較寬的適用范圍，可以用于助漁設(shè)備，提供誘集效率或引導(dǎo)作用，提高捕撈、養(yǎng)殖等生產(chǎn)效率，還可以用于水下信號(hào)指示標(biāo)牌等場(chǎng)合，具有潛在的推廣應(yīng)用前景。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 對(duì)大部分魚(yú)類(lèi)來(lái)說(shuō)，視覺(jué)是最重要的感覺(jué)功能，對(duì)魚(yú)類(lèi)視覺(jué)的刺激是影響魚(yú)類(lèi)行為的重要因素。在漁業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中，我們需要了解魚(yú)類(lèi)能看到什么，能否區(qū)分顏色，在漁具的作業(yè)水深處，在光線照度很低的情況下，魚(yú)類(lèi)的視覺(jué)靈敏度和對(duì)物體的分辨能力，以及魚(yú)類(lèi)是否具有視覺(jué)的記憶能力，視覺(jué)對(duì)魚(yú)類(lèi)集群的影響等等。這些都是漁具漁法的設(shè)計(jì)依據(jù)，是提高捕撈效率或進(jìn)行選擇性捕撈的重要依據(jù)。有關(guān)魚(yú)類(lèi)的視覺(jué)能力的研究成果對(duì)漁業(yè)科學(xué)的發(fā)展、生產(chǎn)率的提高、以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境和資源都具有重要意義。所以國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于魚(yú)類(lèi)的視覺(jué)能力測(cè)量都作了大量的工作。 SHAW設(shè)計(jì)了圓筒式條紋實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)高30.5cm、直徑77.5cm的圓筒內(nèi)，設(shè)置一個(gè)同樣高度、直徑30.5cm的透明小圓筒。小圓筒內(nèi)放置觀察儀器。試驗(yàn)魚(yú)放在兩圓筒之間。外筒可以旋轉(zhuǎn)，外筒內(nèi)壁涂有黑白相間的垂直條紋。對(duì)試驗(yàn)魚(yú)的視覺(jué)刺激強(qiáng)度將取決于外筒旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的高低和條紋寬度。通過(guò)調(diào)節(jié)圓筒旋轉(zhuǎn)速度和黑白條紋的寬度即可改變對(duì)魚(yú)類(lèi)視覺(jué)的刺激量。但是，外筒的旋轉(zhuǎn)，將帶動(dòng)水體運(yùn)動(dòng)，還會(huì)產(chǎn)生噪聲，會(huì)影響魚(yú)類(lèi)的行為。 前蘇聯(lián)蘇LYON設(shè)計(jì)了傳送帶式條紋實(shí)驗(yàn)：沿天然河岸設(shè)置一條長(zhǎng)傳送帶，帶平面垂直于水面，并繪有黑白條紋。當(dāng)傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，觀察魚(yú)類(lèi)對(duì)傳送帶上黑白條紋的反應(yīng)。顯然，在天然水域中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)魚(yú)的體質(zhì)和體能都處于自然狀態(tài)，但實(shí)驗(yàn)將受到水質(zhì)、天氣、光照、流速、環(huán)境噪聲等因素的影響。觀察結(jié)果具有不確定性。 此外，還有雙水槽實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)環(huán)狀圓筒套置在一起，外筒內(nèi)壁和內(nèi)筒外壁是透明的?！皩?shí)驗(yàn)魚(yú)”放置在內(nèi)筒中，“刺激魚(yú)”置在外筒中。通過(guò)改變外筒中的“刺激魚(yú)”的數(shù)量和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，觀察“實(shí)驗(yàn)魚(yú)”的行為反應(yīng)。該裝置排除了氣味、游泳引起的震動(dòng)和水流的影響，唯一的刺激是通過(guò)視覺(jué)引起。但該裝置結(jié)構(gòu)上較復(fù)雜，操作也不太方便。 我國(guó)國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)70年代末期，通過(guò)“電生理方法、組織學(xué)方法”，對(duì)魚(yú)類(lèi)的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)解剖描述等。而使用視覺(jué)行為反應(yīng)來(lái)分析研究的則較少，主要有廈門(mén)大學(xué)何大仁教授、浙江海洋學(xué)院蔡厚才教授，曾利用旋轉(zhuǎn)條紋屏幕的方法對(duì)部分淡水魚(yú)類(lèi)進(jìn)行研究。該試驗(yàn)方法的不足在于：易受外部條件影響，尤其是人為觀測(cè)及設(shè)備噪音的影響。 綜上，先前的試驗(yàn)手段曾有較多不足，但在一定的歷史條件下是可以被接受的，而隨著現(xiàn)代科技的逐步發(fā)展，應(yīng)更加拓寬視野，創(chuàng)制更為高效、精良的試驗(yàn)裝置。
