基本信息
- 項目名稱：
- 環(huán)形數(shù)字魚類視覺實驗裝置的研制
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 采用現(xiàn)代光電物理應用技術與傳統(tǒng)魚類行為學研究手段有機結合的方法，自主設計制作了一個環(huán)形數(shù)字魚類視覺實驗裝置，較好地解決了其它各種運動性視覺實驗裝置的不足，如刺激物帶來的噪聲、震動和水流波動等干擾影響。該裝置具有很好的可控制性能，可以方便地進行多種魚類行為學實驗，包括視覺、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發(fā)潛力。
- 詳細介紹：
- 魚類的視覺特性是漁具設計的重要參考之一。對魚類的視覺能力和行為的研究內容涉及魚類能看到什么，是否能分辨顏色和物體形狀，視覺反應的最低光強，視覺距離，以及因視覺刺激引起的對不同物體的行為反應，例如保標性等。本項目擬設計并研制一種環(huán)形數(shù)字魚類視覺試驗裝置，來探索魚類的部分視覺特性。主要采用現(xiàn)代光電物理應用和電子微控技術與傳統(tǒng)魚類行為研究手段有機結合的方法來實現(xiàn)。 在對各種傳統(tǒng)實驗設計進行詳細對比和分析后，認為傳統(tǒng)實驗設計的主要問題在于不能有效隔離外界因素的干擾，從而影響實驗精確性。為了使對魚類視覺產生的刺激變量單一化，我們通過設計，有效改進了原先實驗裝置和設計的繁重、噪聲、可控性差等不足，并拓寬了原先實驗裝置功能單一的局限性，可用于測定魚類視覺能力的多個項目。例如，我們設計的裝置除了能實現(xiàn)亮暗條紋轉動使得與跟著游動這一效果外，還可以探究在漸變，甚至復雜的光亮變化，光亮程度，光亮形式，光亮顏色等條件下魚的反應。還可以在魚缸里安裝各種不同的傳感器，比如溫度傳感器，PH傳感器等，測出更為系統(tǒng)的魚類行為實驗參數(shù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計：魚類的視覺特性是漁具設計的重要參考之一。在魚類視覺行為反應研究中，常用的幾種實驗設計有：圓筒式條紋實驗、傳送帶式條紋實驗、旋轉帶子水槽實驗、雙水槽實驗和均勻光場條紋實驗等，這些都只是用來測試魚類視覺的保標性的。其它實驗設計還有：魚類對各種顏色的行為反應實驗、魚類辨別顏色能力實驗和魚類視覺殘留和反差臨界值測試實驗等。通過對各種實驗設計進行綜合分析，認為以上各種實驗各有優(yōu)點，但也存在某些缺陷，主要有：①功能單一，每個實驗設計只能測試一個魚類視覺指標；②結構復雜、操作不方便；③會產生水流、噪聲等干擾；④實驗精度有限；⑤功耗大。 本項目擬設計并研制一種環(huán)形數(shù)字魚類視覺試驗裝置，來探索魚類的部分視覺特性。主要采用現(xiàn)代光電物理應用技術與傳統(tǒng)魚類行為研究手段有機結合的方法來實現(xiàn)。 發(fā)明目的：我們希望通過本項目的實施，使各個成員在“發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題”這一過程中，培養(yǎng)和鍛煉自身的科研探索能力。 創(chuàng)新點：本項目的主要創(chuàng)新點在于將現(xiàn)代光電物理應用和電子微控制技術，有機地融合在傳統(tǒng)的魚類行為研究中，并且拓寬了原先實驗裝置功能單一的局限性，可用于測定魚類視覺能力的多個項目。 技術關鍵和主要技術指標：在于電路設計、程序控制以及材料選擇等。最終要實現(xiàn)亮暗條紋轉動使得魚跟著游動，以及在漸變，甚至復雜的光亮變化，光亮程度，光亮形式，光亮顏色等條件下，觀察和測定不同魚類的視覺反應性能。
科學性、先進性
- 在魚類視覺測試方面，有一個典型的實驗——黑白條紋實驗。即根據(jù)有些魚具有跟隨目標運動的習性，即保標性，通過實驗可以觀察和了解哪些魚類具有這種習性；如果魚具有跟隨目標運動的習性，則證明魚的視覺發(fā)揮作用，應該是看見目標的；因此可以通過魚類對移動目標的反應來判斷魚類的視覺能力。但這種傳統(tǒng)的條紋實驗在操作過程中會產生噪聲和水流的波動等，影響觀察結果，且可控制性差、操作不方便。 本裝置采用電子微控制技術，在靜態(tài)的背光板上顯示動態(tài)的彩色條紋，代替轉動的皮帶或條紋輪，有效的解決了噪聲和水流波動等帶來的干擾，通過PC機遠程控制裝置，避免了在近距離實驗過程中人和操作動作對魚類行為的干擾。在對第一代裝置進行初步試驗觀測后表明，裝置的設計思路和可操作性得到較好的驗證。通過斑馬魚魚游試驗，證實本裝置不僅可控性好、操作方便，而且能在短時間內進行多次重復試驗，這為教學示范和科學研究帶來極大的方便。另外，本裝置還具有測試魚類對各種顏色的行為反應實驗、魚類辨別顏色能力實驗、魚類視覺殘留和反差臨界值測試實驗等功能。
獲獎情況及鑒定結果
- 2009年4月，獲校級大學生優(yōu)秀科研創(chuàng)新項目 2009年5月，在上?？萍拣^進行為期一周的科普作品展示 2009年5月，首屆上海大學生創(chuàng)新活動論壇優(yōu)秀案例
作品所處階段
- 第1代產品已制作完成，并應用于具體魚類行為實驗。 第2代產品制作方案已確定，硬件設備正在完善中。
技術轉讓方式
- 希望能以合作開發(fā)的形式進行。
作品可展示的形式
- 實驗裝置的實物；實驗裝置有關圖片；實驗裝置的現(xiàn)場演示。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 簡單說明：將128條數(shù)碼管均勻布置在環(huán)形缸的內壁上，用8個按鍵控制不同的循環(huán)轉動方式及速率，使條狀明暗光源循環(huán)轉動，并顯示當前速率等。 技術特點和優(yōu)勢：較好地解決了運動性視覺刺激物帶來的噪聲、震動和水流波動等干擾影響。具有很好的可控制性能，可以方便地進行多種行為學實驗，包括視覺、條件反射等。 應用前景簡析：本裝置的設計為魚類行為的視覺研究提供一種新的研究手段和方法，具有較寬的適用范圍，可以用于助漁設備，提供誘集效率或引導作用，提高捕撈、養(yǎng)殖等生產效率，還可以用于水下信號指示標牌等場合，具有潛在的推廣應用前景。
同類課題研究水平概述
- 對大部分魚類來說，視覺是最重要的感覺功能，對魚類視覺的刺激是影響魚類行為的重要因素。在漁業(yè)生產作業(yè)中，我們需要了解魚類能看到什么，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，魚類的視覺靈敏度和對物體的分辨能力，以及魚類是否具有視覺的記憶能力，視覺對魚類集群的影響等等。這些都是漁具漁法的設計依據(jù)，是提高捕撈效率或進行選擇性捕撈的重要依據(jù)。有關魚類的視覺能力的研究成果對漁業(yè)科學的發(fā)展、生產率的提高、以及保護生態(tài)環(huán)境和資源都具有重要意義。所以國內外學者對于魚類的視覺能力測量都作了大量的工作。 SHAW設計了圓筒式條紋實驗：在一個高30.5cm、直徑77.5cm的圓筒內，設置一個同樣高度、直徑30.5cm的透明小圓筒。小圓筒內放置觀察儀器。試驗魚放在兩圓筒之間。外筒可以旋轉，外筒內壁涂有黑白相間的垂直條紋。對試驗魚的視覺刺激強度將取決于外筒旋轉轉速的高低和條紋寬度。通過調節(jié)圓筒旋轉速度和黑白條紋的寬度即可改變對魚類視覺的刺激量。但是，外筒的旋轉，將帶動水體運動，還會產生噪聲，會影響魚類的行為。 前蘇聯(lián)蘇LYON設計了傳送帶式條紋實驗：沿天然河岸設置一條長傳送帶，帶平面垂直于水面，并繪有黑白條紋。當傳送帶運轉時，觀察魚類對傳送帶上黑白條紋的反應。顯然，在天然水域中進行實驗的優(yōu)點是實驗魚的體質和體能都處于自然狀態(tài)，但實驗將受到水質、天氣、光照、流速、環(huán)境噪聲等因素的影響。觀察結果具有不確定性。 此外，還有雙水槽實驗：兩個環(huán)狀圓筒套置在一起，外筒內壁和內筒外壁是透明的?！皩嶒烎~”放置在內筒中，“刺激魚”置在外筒中。通過改變外筒中的“刺激魚”的數(shù)量和運動狀態(tài)，觀察“實驗魚”的行為反應。該裝置排除了氣味、游泳引起的震動和水流的影響，唯一的刺激是通過視覺引起。但該裝置結構上較復雜，操作也不太方便。 我國國內在20世紀70年代末期，通過“電生理方法、組織學方法”，對魚類的視網膜結構和超微結構進行過解剖描述等。而使用視覺行為反應來分析研究的則較少，主要有廈門大學何大仁教授、浙江海洋學院蔡厚才教授，曾利用旋轉條紋屏幕的方法對部分淡水魚類進行研究。該試驗方法的不足在于：易受外部條件影響，尤其是人為觀測及設備噪音的影響。 綜上，先前的試驗手段曾有較多不足，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，應更加拓寬視野，創(chuàng)制更為高效、精良的試驗裝置。
