Aquí se presenta un protocolo para construir un aparato automático que guía a un mono a realizar la tarea flexible de alcance a agarre. El aparato combina un dispositivo traslacional 3D y una mesa giratoria para presentar múltiples objetos en una posición arbitraria en el espacio 3D.
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Artículo de método
Diseño y uso de un aparato para presentar objetos agarrables en el espacio de trabajo 3D
En este artículo
Resumen
Resumen
Alcanzar y agarrar son movimientos altamente acoplados, y su dinámica neuronal subyacente ha sido ampliamente estudiada en la última década. Para distinguir las codificaciones de alcance y comprensión, es esencial presentar diferentes identidades de objeto independientes de sus posiciones. Aquí se presenta el diseño de un aparato automático que se monta con una mesa giratoria y un dispositivo traslacional tridimensional (3D) para lograr este objetivo. La mesa de torneado cambia diferentes objetos correspondientes a diferentes tipos de pinzamiento, mientras que el dispositivo traslacional 3D transporta la mesa de torneado en espacio 3D. Ambos son impulsados independientemente por motores para que la posición de destino y el objeto se combinen arbitrariamente. Mientras tanto, la trayectoria de la muñeca y los tipos de agarre se registran a través del sistema de captura de movimiento y los sensores táctiles, respectivamente. Además, se describen los resultados representativos que demuestran el mono entrenado con éxito utilizando este sistema. Se espera que este aparato facilite a los investigadores el estudio de la cinemática, los principios neuronales y las interfaces cerebro-máquina relacionadas con la función de las extremidades superiores.
Introducción
Se han desarrollado varios aparatos para estudiar los principios neuronales subyacentes al movimiento de alcance y agarre en primates no humanos. Al llegar a las tareas, pantalla táctil1,2, cursor de pantalla controlado por un joystick3,4,5,6,7, y la tecnología de realidad virtual8 , 9 , 10 se han empleado todos para presentar objetivos 2D y 3D, respectiva....
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Protocolo
Todos los procedimientos conductuales y quirúrgicos se ajustaban a la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio (Ministerio de Salud de China) y fueron aprobados por el Comité de Cuidado Animal de la Universidad de Zhejiang, China.
1.Ensamblaje del dispositivo traslacional 3D
- Construir un marco de tamaño 920 mm x 690 mm x 530 mm con rieles de construcción de aluminio (sección transversal: 40 mm x 40 mm).
- Fije cuatro pedestales a los dos extremos de los rieles Y con tornillos (M4) (Figura1B).
- Fije dos rieles Y en la superficie superior del marco en paralelo fijando los c....
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Resultados
El tamaño del espacio de trabajo completo del aparato es de 600 mm, 300 mm y 500 mm en los ejes x, y y z, respectivamente. La carga máxima del dispositivo traslacional 3D es de 25 kg, mientras que la mesa giratoria (incluido el motor paso a paso) tiene un peso de 15 kg y se puede transportar a una velocidad de hasta 500 mm/s. La precisión cinemática del dispositivo traslacional 3D es inferior a 0,1 mm y el ruido del aparato es inferior a 60 dB.
Para demostrar la utilidad del sistema, el mono e.......
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Discusión
El aparato conductual se describe aquí permite una combinación en sentido de prueba de diferentes movimientos de alcance y agarre (es decir, el mono puede agarrar objetos de formas diferentes en cualquier lugar 3D arbitrario en cada ensayo). Esto se logra mediante la combinación de una tabla de torneado personalizada que cambia diferentes objetos y un dispositivo de traslacional lineal que transporta la tabla de torneado a varias posiciones en el espacio 3D. Además, las señales neuronales del mono, la trayectoria de la m.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Agradecemos al Sr. Shijiang Shen su consejo sobre el diseño de aparatos y a la Sra. Guihua Wang por su asistencia en el cuidado y el entrenamiento de los animales. Este trabajo fue apoyado por el Programa Nacional De Investigación y Desarrollo Clave de China (2017YFC1308501), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (31627802), los Proyectos Públicos de la Provincia de Zhejiang (2016C33059), y los Fondos Fundamentales de Investigación para la Universidades Centrales.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Active X-rail | CCM Automation technology Inc., China | W50-25 | Recorrido efectivo, 600 mm; Carga, 25 kg |
| Carril Y activo | CCM Automation technology Inc., China | W60-35 | Recorrido efectivo, 300 mm, Carga 35 kg |
| Carril Z activo | CCM Automation technology Inc., China | W50-25 | Recorrido efectivo, 500 mm; Carga 25 kg |
| Rodamiento | Taobao.com | 6004-2RSH | de acrílico |
| Procesamiento mecánico personalizado | TT-C | Acrílico | |
| Anillo de conexión | CCM Automation technology Inc., China | 57/60-W50 | |
| Eje de conexión | CCM Automation technology Inc., China | D12-700 | Diam., 12 mm; Longitud, 700 mm |
| Acoplamiento de diafragma | CCM Tecnología de automatización Inc., China | CCM 12-12 | Diámetro interior, 12-12 mm |
| Acoplamiento de diafragma | CCM Automation technology Inc., China | CCM 12-14 | Diámetro interior, 14-12 mm |
| Anillo colector eléctrico | Semring Inc., China | SNH020a-12 | Acrílico |
| Barra de localización | Procesamiento mecánico personalizado | TT-L | Acrílico |
| Sistema de captura de movimiento | Motion Analysis Corp. EE. UU. | Eagle-2.36 | |
| Sistema de adquisición de señales neuronales | Blackrock Microsystems Corp. EE. UU. | Dispositivo Cerebus | |
| NI DAQ | National Instruments, EE. UU | USB-6341 | |
| Objeto | Procesamiento mecánico personalizado | TT-O | Acrílico |
| Pasivo Y-rail | CCM Automation technology Inc., China | W60-35 | Recorrido efectivo, 300 mm; Carga 35 kg |
| Carril Z pasivo | CCM Automation technology Inc., China | W50-25 | Recorrido efectivo, 500 mm; Carga 25 kg |
| Pedestal | CCM Automation technology Inc., China | 80-W60 | |
| Bomba peristáltica | Longer Inc., China | BT100-1L | |
| Reductor planetario | CCM Automation technology Inc., China | PLF60-5 | Brida, 60× 60 mm; Relación de reducción, 1:5 |
| Marco de triángulo rectángulo | CCM Automation technology Inc., China | 290-300 | |
| Rotador | Procesamiento mecánico personalizado | TT-R | Acrílico |
| Servomotor | Yifeng Inc., China | 60ST-M01930 | Brida, 60× 60 mm; Torque, 1.91 N· m; para servomotor de riel Y y Z |
| Yifeng Inc., China | 60ST-M01330 | Brida, 60 veces; 60 mm; Torque, 1.27 N· m; para | |
| procesamiento mecánico personalizado | eje del riel | acrílico | TT-S |
| Taobao.com | 86HBS120 | Brida, 86× 86 mm; Torque, 1.27 N· m; Mesa giratoria de conducción | |
| Sensor táctil | Taobao.com | CM-12X-5V | |
| LED tricolor | Taobao.com | CK017, placa de conexión RGB | |
| en forma de T | CCM Automation technology Inc., China | 110-120 |
Referencias
- Leone, F. T., Monaco, S., Henriques, D. Y., Toni, I., Medendorp, W. P. Flexible Reference Frames for Grasp Planning in Human Parietofrontal Cortex. eNeuro. 2 (3), (2015).
- Caminiti, R., et al. Early coding of reaching: f....
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Reimpresiones y permisos
