4. 讨论

自从 1981 年英国著名心理学家 Morris 设计出 Morris 水迷宫以来，Morris 水迷宫就作为一种重要的实验工具和研究方法在世界上被广泛应用于学习记忆等方面的科学研究，之后人们又根据科学研究的需要在经典 Morris 水迷宫的基础上进行了不断的改进与发展。基于已有的迷宫，我们在迷宫装置结构与应用方面也进行了一定创新与拓展，研制了一种带有分层线和刻度线的双层多通道的组合式立体水迷宫，不仅适用于水生动物学习记忆的实验研究，还更适用于水生动物机器人运动控制能力的观察与测试。

国际上常用的迷宫如 Morris 水迷宫 ^{[ 9 ]} 、Y 迷宫 ^{[ 6 ]} 、T 迷宫 ^{[ 20 ]} 、八臂迷宫 ^{[ 21 ]} 等均是单层结构特征的迷宫装置，能够很好地用于陆地动物二维平面运动的实验研究。但水生动物的运动特点为三维立体运动，所以已有的迷宫尚不能实现对水生动物三维立体运动的观察与测试。而本文装置侧壁设置了上、下两层通道以及两条水平分层线，水平分层线将迷宫分为上、中、下三层，使本装置具有了分层功能，可以解决这个问题。

现有的迷宫主要是为了观察与测试动物的学习和记忆能力，通常未设置刻度线。而本文装置是为了对水生动物的三维立体空间位置与运动轨迹进行观察与测试，故在侧壁上设置了一条垂直平分线和刻度线，4 个侧壁上垂直平分线的连线可将水迷宫分为 4 个区。因此，本装置不仅具有多个通道而且还设置了分层线和刻度线，将这三者结合可实现对水生动物所处的空间位置和运动轨迹以及多角度转向的量化测试，尤其适合于将迷宫与计算机视觉技术结合使用。

本文装置设计多个通道，各个通道之间具有一定的角度关系，可以用来对动物的转向运动进行观察与测试。在本实验中，控制鲤鱼机器人在水迷宫内进行直线前进、左转 135°、右转 135°、左转 90°、右转 90°、左转 45° 和右转 45° 的运动，结果表明，鲤鱼机器人（ n = 10）的实验成功率均在 60% 以上（见 表 1 ）。由此我们认为，本文装置与使用方法可以实现水生动物运动的观察与测试，是具有可靠性、可行性、科学性和实用性的。

传统的迷宫一般为整体结构装置，不可拆分与组合，不便搬运且长期占地。而本文装置拆卸方便，组装简单，易于搬运，不需长时间占用实验场地，功能多样，内容丰富，具有较强的灵活性和实用性。

本文装置除了可以用于水生动物机器人的实验研究外，还可以考虑用于水生动物学习和记忆的实验研究。尽管目前我们还没有进行一定数量的相关实验，但根据已有迷宫的原理与方法，再结合本研究的鲤鱼机器人运动控制检测实验，我们推断本装置可以用于水生动物学习和记忆的研究。如果将水生动物放入本装置内，统计动物沿着规划路径找到食物的正确率与训练次数的关系，再对完成预定目标的动物给予食物奖励，能够开展水生动物学习和记忆方面的实验研究。这也是我们下一步将要考虑的研究工作。

动物机器人生物行为控制是一个崭新的科技领域，所以目前用于动物机器人实验研究的迷宫极少。现虽有三臂迷宫装置 ^{[ 22 ]} ，但该装置主要是面向大鼠等陆地动物机器人使用的迷宫，还不适合用于具有三维立体运动特点的水生动物机器人实验研究。基于水生动物机器人运动控制实验测试与评估的需要，本文装置与使用方法具有一定的科学性与实用性。另外，本文仅以鲤鱼为例，设计并制作了一种水迷宫。而在实际应用中，人们可根据实验对象和科学研究的需要，对本装置的参数和结构进行调整与制作，灵活运用，以实现多种实验功能。

5. 结语

本文提出了一种带有分层线和刻度线的双层多通道的组合式立体水迷宫。本文装置具有可拆分可组合、稳定性强、分层分区、可量化测试、可多角度转向的特点。经鲤鱼机器人水下运动控制检测实验，提示本装置可实现水生动物运动的观察与测试。本装置主要面向水生动物机器人的三维立体空间位置、运动轨迹、多角度转向的观察与测试，也可用于水生动物学习记忆能力的科学研究。

Funding Statement

国家自然科学基金资助项目（61573305）；国家高技术研究发展计划（863计划）项目

References