探索飞虫的机器人：利用LabVIEW和CompactRIO技术打造灵活高带宽设备

为了克服挑战，我们设计了一种灵活、高带宽的机器人系统，以模仿并研究有翼昆虫的飞行模式。我们采用了National Instruments（NI）提供的LabVIEW软件和CompactRIO硬件平台，这是一个快速、模块化且易于使用的仿生机器人解决方案，支持多种工业通信协议，并能实时生成闭环激励信号。

通过结合CompactRIO和LabVIEW，我们深入研究了苍蝇如何实现精确控制。苍蝇能够高速追逐并准确地降落在盘子边缘，其敏捷性引起了广泛兴趣。作为一个模型系统，苍蝇可以帮助我们理解神经信息处理、空气动力学以及遗传学。此外，它们能够快速且精确地使用生物传感器和执行机构。这项能力吸引着人们，但难以进行研究，因为测量与激励装置需要具备高带宽、低延迟，以及灵活可配置的界面。此外，易用性与模块化特性对于跨学科合作至关重要。

我们利用CompactRIO和LabVIEW图形开发环境来探索苍蝇飞行控制的秘密。在实验中，我们采用数字I/O模块连接LED视觉激励场，该场具有时间与空间上的精细分辨率，使得我们能够有效刺激苍蝇视觉系统。记录昆虫响应所需的是一个快速灵活采集系统。LabVIEW提供了速度与模块性，同时将这些信号转换为实时反馈，以便生成刺激信号，从而把苍蝇作为“活”传感器嵌入科技体系中。

我们的实验设计包括将果蝇绳缚于伊普克（e-puck）小型移动机器人的上方。当果蝇行动时，就会控制伊普克运动。这款机器人是一项大学项目，由学生研发，是一款被设计用于穿越障碍物的地面车辆。在绑定照相镜头及接近传感器到该机体后，可以获得反馈信息，用以确定展示给果蝇的视觉刺激、翅膀振频率及振幅等飞行参数，以此来调节其运动。通过改变果蝇对伊普克之间传递函数，我们实现各种试验模式。

高速电影：加速LED视觉场

我们的视觉激励场由8个绿色LED面板组成，每个面板通过I2C协议连接到自定义硬件。在原有设计中，一切都是由单一总线控制。但为了达到更高帧率，并根据果蝇反馈调整视觉刺激，我们必须使用多条并行总线。一旦选择NI cRIO-9014实时操作台以及NI cRIO-9104可重构嵌入式箱体，就不再需要单一总线结构。

从苍蜻到机器人

在装置中，将一个中央环形LED阵列用绳子拴住供果蝂自由翅膀拍打进行无限自由飞翔行为数字振翅分析仪收集电流频率振幅位置均值及各个阶段振翅相位数据这些行为状态向量经过用户数据协议（UDP）包发送至运行主控程序主机会应用自定义算法计算出更新后的伊普克轮转速度这组数值再次发送至蓝牙端点达目的地

从机制到生命

当利用昆虫行为操纵机械臂设备产生反馈后，对待昆虫显示方式也发生变化来自三台安装在机械臂顶部摄像头每秒10Hz采集102像素图像八个接近传感者20Hz输出 CompactRIOLabView合成创意任务 显著提升性能