小動物被動跑輪系統通過多傳感器融合,可識別并記錄動物“被動跟隨”的無效運動時間,核心是區分“主動奔跑”與“被動跟隨”的力學特征差異。
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無效運動的識別技術原理
核心傳感器:力學與視覺雙重監測
壓力/扭矩傳感器
跑輪踏板或驅動電機內置高精度壓力/扭矩傳感器,主動奔跑時動物會對踏板施加周期性壓力波動(與跑輪轉速同步,波動頻率約1-2Hz);而被動跟隨時,動物僅靠身體重力貼合跑輪,壓力波動幅度下降60-80%,且無明顯周期性,系統通過閾值判定(波動幅度<主動奔跑的30%)識別無效運動。
紅外追蹤
配備紅外傳感器頭,主動奔跑時動物肢體呈現“蹬伸-回收”的周期性運動,紅外傳感器可捕捉肢體擺動軌跡;被動跟隨時肢體處于放松狀態,擺動幅度<主動狀態的20%,。
數據記錄維度
無效運動時長:系統累計記錄動物被動跟隨的總時間,并按實驗階段(如每10分鐘)拆分統計,生成“運動/無效運動時間占比”柱狀圖。
觸發原因標記:部分機型可區分“疲勞導致的被動跟隨”(伴隨壓力波動逐漸降低)和“適應性被動跟隨”(突然出現低波動狀態),便于分析動物行為動機(搜索結果未明確提及,基于行業通用技術推導)。
實操優化建議
1.設備參數設置
壓力波動閾值:根據動物體重調整(小鼠建議設置為5-10g,大鼠20-30g),避免因個體差異導致誤判。
無效運動判定時間窗:默認設置為5秒,若研究短期疲勞可縮短至3秒,若關注長期行為模式可延長至10秒。
2.實驗設計補充
預實驗校準:實驗前對5-10只健康動物進行測試,記錄其主動奔跑的壓力波動范圍,作為無效運動判定的基準。
結合生理指標:同步監測心率、血乳酸等生理指標,當無效運動時間占比>30%且血乳酸>8mmol/L時,判定動物進入力竭狀態。
結論
小動物被動跑輪系統通過力學傳感器,可準確識別并記錄動物“被動跟隨”的無效運動時間,排除非主動運動對實驗數據的干擾。在實際應用中,建議結合預實驗校準參數,并同步監測生理指標,進一步提升數據的可靠性。
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