用协作机器人实现行为实验的端到端自动化

可靠的行为学测量对神经科学发现至关重要，但利用活体动物实现实验的端到端自动化颇具挑战。将活体动物准备并转移至行为学实验装置及从中移出，需要熟练、灵巧、轻柔且一致的操作。若无定制化自动化系统，这很难实现，而此类系统又难以被广泛采用。我们提出 STELA，一个配备现成商用协作机器人（cobot）的机器人单元，可自主完成从 vial 到数据的果蝇行为实验全流程。它旨在人类工作空间中模拟人类常规果蝇实验室操作流程，执行果蝇培养瓶操作、CO2 果蝇麻醉、视觉引导的性别分类、单只活体果蝇操作，以及行为学实验装置的装载与拆卸，全部在编程循环中完成。在 24 小时工作日内，STELA 完成了 16 项实验（1024 次个体果蝇视觉学习实验），而人类在 8 小时工作日内完成 6 项（384 次实验）。可供分析的果蝇保留率相似（分别为 93.85% 与 83.33%），但机器人的操作一致性提升了 12 倍。在生物学匹配的行为学实验中，机器人操作与人工操作产生了相同的平均果蝇行为结果，但机器人显著降低了基线行为与学习行为的个体间变异。STELA 表明，部署标准机器人系统以灵活自动化最具挑战性的动物实验之一是可行的。它提供了一个低方差、高通量的平台，用于可扩展的实验，并开辟了一条通往闭环、民主化的机器人加速实验发现之路。

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