小动物被动跑轮系统通过多传感器融合,可识别并记录动物“被动跟随”的无效运动时间,核心是区分“主动奔跑”与“被动跟随”的力学特征差异。
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无效运动的识别技术原理
核心传感器:力学与视觉双重监测
压力/扭矩传感器
跑轮踏板或驱动电机内置高精度压力/扭矩传感器,主动奔跑时动物会对踏板施加周期性压力波动(与跑轮转速同步,波动频率约1-2Hz);而被动跟随时,动物仅靠身体重力贴合跑轮,压力波动幅度下降60-80%,且无明显周期性,系统通过阈值判定(波动幅度<主动奔跑的30%)识别无效运动。
红外追踪
配备红外传感器头,主动奔跑时动物肢体呈现“蹬伸-回收”的周期性运动,红外传感器可捕捉肢体摆动轨迹;被动跟随时肢体处于放松状态,摆动幅度<主动状态的20%,。
数据记录维度
无效运动时长:系统累计记录动物被动跟随的总时间,并按实验阶段(如每10分钟)拆分统计,生成“运动/无效运动时间占比”柱状图。
触发原因标记:部分机型可区分“疲劳导致的被动跟随”(伴随压力波动逐渐降低)和“适应性被动跟随”(突然出现低波动状态),便于分析动物行为动机(搜索结果未明确提及,基于行业通用技术推导)。
实操优化建议
1.设备参数设置
压力波动阈值:根据动物体重调整(小鼠建议设置为5-10g,大鼠20-30g),避免因个体差异导致误判。
无效运动判定时间窗:默认设置为5秒,若研究短期疲劳可缩短至3秒,若关注长期行为模式可延长至10秒。
2.实验设计补充
预实验校准:实验前对5-10只健康动物进行测试,记录其主动奔跑的压力波动范围,作为无效运动判定的基准。
结合生理指标:同步监测心率、血乳酸等生理指标,当无效运动时间占比>30%且血乳酸>8mmol/L时,判定动物进入力竭状态。
结论
小动物被动跑轮系统通过力学传感器,可准确识别并记录动物“被动跟随”的无效运动时间,排除非主动运动对实验数据的干扰。在实际应用中,建议结合预实验校准参数,并同步监测生理指标,进一步提升数据的可靠性。
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