淺談一體化智能嗅覺訓練倉的設計與制作

黃和，隋亮，趙怡，劉慧穎，朱啟文

（沈陽醫學院，遼寧 沈陽 110034）

1 項目概況

新冠肺炎疫情以來，不法分子因人流、車流受阻，更多采用互聯網+物流的模式販毒，這給緝毒事業帶來了極大的難度，因此產生了新型緝毒動物——松鼠，松鼠的嗅覺訓練是養成緝毒松鼠的關鍵，傳統的緝毒犬訓練裝置，并不適用于體積小，行動活潑的松鼠。本文結合緝毒犬的嗅覺訓練裝置及其他嗅覺訓練裝置，研制了一種適合松鼠現狀且減少人工的智能化裝置，很好地降低了訓練成本，同時減輕訓練人員負擔。提高效率，為新型緝毒動物的研究帶來寶貴經驗。

2 裝置研制過程

現有的嗅覺訓練裝置往往存在結構復雜、使用維護成本高的缺陷，如申請公布號CN103202240A的發明專利申請公開的一種小鼠氣味訓練探測中氣味干擾仿真裝置，該技術方案由三個轉盤，一個吸入式電磁鐵驅動的針頭刺入部件，一個四路時間繼電器組成。各轉盤中心固定在位于其中心的減速電機上，轉盤邊緣等距固定多個頂空樣品瓶，各瓶內裝有少量不同的常見干擾氣味物品。該技術方案能快速消減小鼠對各種無關氣味的反應。

3 一代裝置

一代裝置材料分別為亞克力板、膠帶、塑料箱。質地較軟容易損壞，不能長久利用，且膠布、塑料會散發異味，不利于特殊氣味的揮發，使變量不唯一，另外，一代訓練裝置耗費較多人力，導致訓練時間有限，存在記錄數據不準確、觀察范圍局限的問題。此外每次實驗需要對每個裝置進行徹底清洗，耗時、耗力（如圖1～3）。

圖1

4 裝置的改進

一體化智能嗅覺訓練倉的目的是提供一種松鼠嗅覺訓練培養裝置，從根本上解決了上述問題，其具有結構簡單緊湊、使用方便快捷、訓練效率高、記憶鞏固牢靠、自動化程度高等優點。能夠實現鼠的生存測試一體化。

圖2

圖3

5 技術方案

該松鼠嗅覺訓練培養裝置，包括箱體、獎勵裝置、控制系統、數據采集系統，其技術要點如下。

箱體由外層支撐骨架，并在骨架之間安裝具孔的透明板，并采用上下兩部分，兩部分之間通過爬梯相互連接，并且在上部的開口處設置由電機驅動的封板；其中上層空間進一步設置成雙層鐵籠結構，并通過爬梯相連通；鐵籠本體通過箱體骨架吊裝限位在上部結構內，鐵籠的上下外緣設置驅動圓環，驅動圓環上設有一個以上的驅動電機，驅動圓環與鐵籠邊緣之間設有支撐輪（如圖4、圖5）。

圖4

圖5

獎勵裝置包括2個以上的給食裝置、掛載在籠子內側的水槽、洗滌液容器，給食裝置包括固定在上或下驅動圓環上的絲杠電機組件、位于上下驅動環之間的導向柱、限位在四剛上的驅動支架、設置在驅動支架上的氣味滾筒和清洗刷、設置在驅動圓環上與各清洗刷相對應的清洗噴頭、與氣味滾筒配合的給食槽；給食槽位于驅動支架最上部，呈漏斗形結構，漏斗底部的一側設置開口，開口上設置絞龍出料結構（如圖6）。

圖6

控制系統包括控制主板、遠程通訊系統、數據處理系統、位于支撐骨架上的觸控屏；控制主板安裝在籠子頂部；數據處理系統包括設置在控制主板上的存儲模塊和處理器（如圖7）。

圖7

數據采集系統包括掛載在鐵籠上的一個以上的攝像頭、位于氣味滾筒轉軸上的傳感器。

本發明的有益效果：整體方案上，本發明的的培養裝置結構簡單緊湊，占地面積小，幾乎可實現無人管控下的松鼠自學習、氣味鞏固訓練。使用方便快捷，只需在交互屏幕上設定相應的實驗參數，并定期投放餌料和水源，松鼠即可在較大的活動空間內生存與自我學習訓練，幾乎無需人工介入。訓練效率高，通過在生物體內使用RFID芯片，可投放多只松鼠同時訓練，RFID芯片作為身份識別碼，分別記錄各動物的學習進程，從而在單位時間內盡可能多的完成訓練。記憶鞏固牢靠，通過系統控制，可實現各氣味滾筒的隨機布置，排除了空間或干擾氣味的影響，進一步提高了其對標的氣味的識別能力。自動化程度高，采用可編程的控制主板，預制控制程序，或通過可視化圖形編程，根據實驗實際需要進行更靈活的自定義編程，提高了適用范圍。

6 實驗方法

使用時，預先在各氣味滾筒內投放具有不同標的氣味的物質或空置，通過支撐骨架上的交互屏幕預先設定實驗參數，例如設定以下條件：

（1）設定旋轉特定的其中一個標的氣味滾筒才會觸發給食槽的絞龍電機，將其他氣味滾筒作為干擾氣味，觸碰時無任何動作。

（2）氣味滾筒旋轉N周時，才觸發給食槽底部的絞龍電機，用以鞏固氣味識別能力。

（3）設定當標的氣味滾筒被觸發N次后，隨機調整標的氣味滾筒的位置，用以排除空間位置的影響。

（4）設定當標的氣味滾筒被觸發N次后，對其進行清洗，避免原有氣味的干擾。

對于條件（3），氣味滾筒上的傳感器可用于記錄標的氣味滾筒的觸發次數，通過預先編寫的程序，當滿足設定條件后，驅動環上的驅動電機旋轉帶動全部獎勵裝置繞籠子旋轉特定角度，然后通過絲杠電機組件定位給食槽和氣味滾筒的位置，如定位在上、中、下3個位置上，其中上、下位置分別對應鐵籠的上層和下層，中部位置表示該氣味滾筒空置，不用于本次實驗。

7 結語

本文設計的一體化智能嗅覺訓練倉，通過撥動特殊氣味滾筒，掉落食物，從而建立松鼠對特殊氣味的條件反射，并且實現松鼠的生存測試一體化。從最初的一代簡易裝置獲取靈感，研制一體化智能嗅覺訓練倉，在可靠、安全的前提下，智能、創新、精準的完成松鼠的嗅覺訓練，降低了人力、物力，為我國新型緝毒動物的嗅覺研究建立基礎和帶來寶貴經驗。