Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Het bouwen van een verbeterde vluchtmolen voor de studie van vastgebonden insectenvlucht

Published: March 10, 2021 doi: 10.3791/62171
Automatic Translation
1
1Department of Ecology and Evolution, University of Chicago

Summary

Dit protocol maakt gebruik van driedimensionale (3D) printers en lasersnijders in makerspaces om een flexibeler ontwerp van de vluchtmolen te creëren. Door deze technologie te gebruiken, kunnen onderzoekers de kosten verlagen, de ontwerpflexibiliteit verbeteren en reproduceerbaar werk genereren bij het bouwen van hun vluchtmolens voor aangebonden insectenvluchtstudies.

Abstract

Makerspaces hebben een groot potentieel om onderzoekers in staat te stellen nieuwe technieken te ontwikkelen en met nieuwe soorten te werken in ecologisch onderzoek. Dit protocol laat zien hoe u kunt profiteren van de technologie in makerspaces om een meer veelzijdige vliegmolen te bouwen voor relatief lage kosten. Gezien het feit dat deze studie zijn prototype heeft geëxtraheerd uit vluchtmolens die in het afgelopen decennium zijn gebouwd, richt dit protocol zich meer op het schetsen van afwijkingen gemaakt van de eenvoudige, moderne vluchtmolen. Eerdere studies hebben al aangetoond hoe voordelig vluchtmolens zijn voor het meten van vluchtparameters zoals snelheid, afstand of periodiciteit. Dergelijke molens hebben onderzoekers in staat gesteld om deze parameters te associëren met morfologische, fysiologische of genetische factoren. Naast deze voordelen bespreekt deze studie de voordelen van het gebruik van de technologie in makerspaces, zoals 3D-printers en lasersnijders, om een flexibeler, steviger en inklapbaar ontwerp van de vluchtfrees te bouwen. Met name de 3D-geprinte componenten van dit ontwerp stellen de gebruiker in staat om insecten van verschillende groottes te testen door de hoogten van de molenarm en infrarood (IR) sensoren instelbaar te maken. De 3D-prints stellen de gebruiker ook in staat om de machine eenvoudig te demonteren voor snelle opslag of transport naar het veld. Bovendien maakt deze studie meer gebruik van magneten en magnetische verf om insecten met minimale stress vast te binden. Ten slotte beschrijft dit protocol een veelzijdige analyse van vluchtgegevens door middel van computerscripts die differentieerbare vluchtproeven efficiënt scheiden en analyseren binnen een enkele opname. Hoewel arbeidsintensiever, vergemakkelijkt het toepassen van de tools die beschikbaar zijn in makerspaces en op online 3D-modelleringsprogramma's multidisciplinaire en procesgerichte praktijken en helpt het onderzoekers dure, vooraf gemaakte producten met nauw instelbare afmetingen te vermijden. Door gebruik te maken van de flexibiliteit en reproduceerbaarheid van technologie in makerspaces, bevordert dit protocol het ontwerp van creatieve vliegmolens en inspireert het open wetenschap.

Introduction

Gezien hoe hardnekkig de verspreiding van insecten in het veld is, is de vluchtmolen een veelgebruikt laboratoriuminstrument geworden om een belangrijk ecologisch fenomeen aan te pakken - hoe insecten bewegen. Als gevolg hiervan, sinds de pioniers van de vluchtmolen1,2,3,4 zes decennia van ontwerp en constructie van de vliegmolen inluidden, zijn er merkbare ontwerpverschuivingen geweest naarmate technologieën verbeterden en meer geïntegreerd raakten in wetenschappelijke gemeenschappen. In de loop van de tijd verving geautomatiseerde software voor het verzamelen van gegevens kaartrecorders en gingen de armen van de vliegmolen over van glazen staven naar koolstofstaven en stalen buizen5. Alleen al in het afgelopen decennium hebben magnetische lagers teflon- of glaslagers vervangen als optimaal wrijvingsloos, en paren tussen vluchtmolenmachines en veelzijdige technologie zijn toegenomen naarmate audio-, visuele en laagfabricagetechnologie steeds meer geïntegreerd worden in de workflows van onderzoekers. Deze combinaties omvatten high-speed videocamera's om vleugelaërodynamica6te meten, digitaal-naar-analoog boards om sensorische aanwijzingen na te bootsen voor het bestuderen van auditieve vluchtreacties7,en 3D-printen om een kalibratie-rig te maken om vleugelvervorming tijdens vlucht8te volgen. Met de recente opkomst van opkomende technologieën bij makerspaces, met name bij instellingen met digitale mediacentra die worden gerund door deskundig personeel9, zijn er grotere mogelijkheden om de vluchtmolen te verbeteren om een groter scala aan insecten te testen en het apparaat naar het veld te vervoeren. Er is ook een groot potentieel voor onderzoekers om disciplinaire grenzen te overschrijden en technisch leren te versnellen door middel van productiegebaseerd werk9,10,11,12. De hier gepresenteerde vluchtmolen (aangepast van Attisano en collega's13)maakt gebruik van opkomende technologieën in makerspaces om niet alleen 1) vluchtmolencomponenten te maken waarvan de schalen en afmetingen zijn afgestemd op het betreffende project, maar ook 2) onderzoekers een toegankelijk protocol te bieden in lasersnijden en 3D-printen zonder een hoog budget of gespecialiseerde kennis in computerondersteund ontwerp (CAD) te vereisen.

De voordelen van het koppelen van nieuwe technologieën en methoden aan de vliegmolen zijn aanzienlijk, maar vluchtmolens zijn ook waardevolle stand-alone machines. Vluchtmolens meten de vliegprestaties van insecten en worden gebruikt om te bepalen hoe vliegsnelheid, afstand of periodiciteit zich verhoudt tot omgevings- of ecologische factoren, zoals temperatuur, relatieve vochtigheid, seizoen, waardplant, lichaamsmassa, morfologische kenmerken, leeftijd en voortplantingsactiviteit. In tegenstelling tot alternatieve methoden zoals actografen, loopbanden en de video-opname van vliegbewegingen in windtunnels en overdekte arena's14, is de vluchtmolen opmerkelijk vanwege zijn vermogen om verschillende vluchtprestatiestatistieken onder laboratoriumomstandigheden te verzamelen. Dit helpt ecologen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over vluchtverspreiding, en het helpt hen vooruitgang te boeken in hun discipline - of dat nu geïntegreerdeplaagbestrijding is15,16,17,populatiedynamiek, genetica, biogeografie, levensgeschiedenisstrategieën18, of fenotypische plasticiteit19,20,21,22 . Aan de andere kant kunnen apparaten zoals hogesnelheidscamera's en actografen een strikte, gecompliceerde en dure opstelling vereisen, maar ze kunnen ook leiden tot meer nauwkeurig afgestemde bewegingsparameters, zoals wing-beat-frequenties en insectenfotofase-activiteit23,24. De hier gepresenteerde vluchtmolen dient dus als een flexibele, betaalbare en aanpasbare optie voor onderzoekers om vluchtgedrag te onderzoeken.

Evenzo blijft de stimulans om opkomende technologieën te integreren in de workflow van ecologen toenemen naarmate vragen en benaderingen voor het bestuderen van verspreiding creatiever en complexer worden. Als locaties die innovatie bevorderen, trekken makerspaces meerdere expertiseniveaus aan en bieden ze een lage leercurve voor gebruikers van elke leeftijd om nieuwe technische vaardigheden te verwerven10,12. Het iteratieve en collaboratieve karakter van prototyping van wetenschappelijke apparaten in de makerspace en via online open bronnen kan de toepassing van theorie11 versnellen en productontwikkeling in de ecologische wetenschappen vergemakkelijken. Bovendien zal het vergroten van de reproduceerbaarheid van wetenschappelijke instrumenten een bredere gegevensverzameling en open wetenschap aanmoedigen. Dit kan onderzoekers helpen bij het standaardiseren van apparatuur of methoden voor het meten van verspreiding. Het standaardiseren van tools zou ecologen verder in staat kunnen stellen om verspreidingsgegevens over populaties te verenigen om metapopulatiemodellen te testen die zich ontwikkelen uit dispersiekernen25 of bron-sink kolonisatiedynamiek26. Net als hoe de medische gemeenschap 3D-printen gebruikt voor patiëntenzorg en anatomieonderwijs27, kunnen ecologen lasersnijders en 3D-printers gebruiken om ecologische hulpmiddelen en onderwijs opnieuw te ontwerpen en, in het kader van deze studie, extra vluchtmolencomponenten ontwerpen, zoals landingsplatforms of een vluchtmolenarm die verticaal kan bewegen. Op zijn beurt kunnen de aanpassing, kosteneffectiviteit en verhoogde productiviteit die makerspace-technologie biedt, helpen bij het opstarten van verspreidingsprojecten met een relatief lage barrière voor onderzoekers die van plan zijn hun eigen tools en apparaten te ontwikkelen.

Om deze vluchtmolen te bouwen, zijn er ook mechanische en instrumentele beperkingen die door de maker kunnen worden overwogen. Magneten en 3D-geprinte verbeteringen zorgen ervoor dat de vliegmolen in wezen lijmloos is, behalve de constructie van de kruisbeugels, en geschikt is voor insecten van verschillende groottes. Naarmate de massa en de kracht van insecten toenemen, kunnen insecten echter eerder geneigd zijn zichzelf af te zetten terwijl ze vastgebonden zijn. Sterke magneten kunnen worden gebruikt ten koste van verhoogde torsieweerstand, of kogellagers kunnen magnetische lagers vervangen als een robuuste oplossing voor het testen van insecten die enkele grammen28,29wegen. Niettemin kunnen kogellagers ook enkele problemen opleveren, voornamelijk dat het uitvoeren van langdurige experimenten met hoge snelheden en hoge temperaturen de smering van kogellagers kan verminderen, wat de wrijving verhoogt30. Gebruikers zullen dus moeten onderscheiden welke mechanica van de vliegmolen het beste past bij hun insect (en) van studie en experimenteel ontwerp.

Evenzo zijn er verschillende manieren om een vliegmolen te instrumenteren die de overwegingen van dit artikel te boven gaat. De hier gepresenteerde vluchtmolen maakt gebruik van IR-sensoren om revoluties te detecteren, WinDAQ-software om revoluties op te nemen en programmeerscripts om de onbewerkte gegevens te verwerken. Hoewel het gemakkelijk te gebruiken is, heeft de WinDAQ-software een beperkt aantal tools beschikbaar. Gebruikers kunnen geen opmerkingen toevoegen aan hun overeenkomstige kanaal en ze kunnen niet worden gewaarschuwd als een onderdeel van het circuit uitvalt. Deze gevallen worden opgelost door ze te detecteren en te corrigeren door middel van code, maar alleen na het verzamelen van gegevens. Als alternatief kunnen gebruikers meer dan één software gebruiken die aanpasbare gegevensverzamelingsfuncties28 of sensoren biedt die directe snelheids- en afstandsstatistieken nemen, zoals fiets milometers29. Deze alternatieven kunnen echter waardevolle onbewerkte gegevens omzeilen of functionaliteit verspreiden over te veel softwaretoepassingen, waardoor gegevensverwerking inefficiënt kan worden. Uiteindelijk biedt dit protocol, in plaats van de instrumentatie van de vliegmolen opnieuw vorm te geven, robuuste programmeeroplossingen voor de huidige softwarebeperkingen.

In dit artikel wordt een ontwerp voor een verbeterde eenvoudige vluchtmolen beschreven om onderzoekers te helpen bij hun verspreidingsstudies en om de integratie van opkomende technologieën op het gebied van gedragsecologie aan te moedigen. Deze vluchtmolen past binnen de beperkingen van een incubator, biedt plaats aan maximaal acht insecten tegelijk en automatiseert het verzamelen en verwerken van gegevens. Met name de 3D-geprinte verbeteringen stellen de gebruiker in staat om de molenarm en IR-sensorhoogten aan te passen om insecten van verschillende groottes te testen en het apparaat te demonteren voor snelle opslag of transport. Dankzij institutionele toegang tot een gemeenschappelijke makerspace waren alle verbeteringen gratis en werden er geen extra kosten gemaakt in vergelijking met de eenvoudige, moderne vluchtmolen. Alle benodigde software is gratis, het elektronische circuit is eenvoudig en alle scripts kunnen worden aangepast om de specifieke behoeften van het experimentele ontwerp te volgen. Bovendien stelt gecodeerde diagnostiek de gebruiker in staat om de integriteit en precisie van hun opnames te controleren. Ten slotte minimaliseert dit protocol de stress die een insect oploopt door insecten magnetisch te schilderen en aan de molenarm te binden. Omdat de assemblage van de eenvoudige vluchtmolen al toegankelijk, betaalbaar en flexibel is, kan het gebruik van makerspace-technologieën om de eenvoudige vluchtmolen te verbeteren onderzoekers de ruimte geven om hun eigen specifieke vluchtstudiebehoeften te overwinnen en creatieve vluchtmolenontwerpen inspireren die verder gaan dan de overwegingen van dit artikel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Bouw de Flight Mill in een Makerspace

  1. Lasergesneden en monteren van de acryl kunststof draagstructuur.
    1. Gebruik 8 (304,8 mm x 609,6 mm x 3,175 mm) dikke transparante acrylplaten om de acrylaat plastic draagstructuur te construeren. Zorg ervoor dat het materiaal niet polycarbonaat is, dat lijkt op acryl, maar zal smelten in plaats van onder de laser te worden gesneden.
    2. Zoek de lasersnijder in de makerspace. Dit protocol gaat ervan uit dat de makerspace een lasersnijder heeft zoals vermeld in de Tabel met materialen. Lees voor andere lasersnijders de instellingen van de lasersnijder om te bepalen welke lijnkleur of -dikte nodig is om de bestandslijnen in te stellen die met laser moeten worden gesneden of gegraveerd (niet te rasteren).
    3. Open Adobe Illustrator, Inkscape (gratis) of een andere editor voor vectorafbeeldingen. Bereid een bestand voor dat het acrylondersteuningsontwerp in een vectorformaat leest met de bovengenoemde lijnen in figuur 1. Maak bestandslijnen in Adobe Illustrator in de modus Rood, Groen en Blauw (RGB) met een lijnstreek van 0,0001 punt waar RGB Rood (255, 0, 0) lijnen snijdt en RGB Blauw (0, 0, 255) lijnen etst.
    4. Test en verantwoord uit voorzorg kerf voor alle spleet- en gatmetingen. Ontwerp en test de kerfsleutel(aanvullende figuur 1).
      OPMERKING: Kerf-breedte kan variëren op basis van de straalbreedte van de lasersnijder, de breedte van het materiaal en het gebruikte materiaaltype.
    5. Sla de acrylondersteuningsontwerpen en kerf-sleutel op als leesbare bestandstypen zoals .ai-, .dxf- of .svg-bestanden. Als u de taak naar de lasersnijder wilt verzenden, drukt u het bestand af op de lokale machine van de lasersnijder en opent u vervolgens de lasersoftware.
      OPMERKING: Indien correct afgedrukt, verschijnen alle vectorsnijlijnen in het ontwerp met de juiste overeenkomstige kleuren in het bedieningspaneel van de lasersoftware.
    6. Selecteer het materiaal als plastic en vervolgens het materiaaltype als acryl. Voor extra precisie meet u de materiaaldikte met een remklauw en voert u de dikte ervan in het materiaaldikteveld in. Schakel automatisch de Z-as van het brandpunt van het materiaal in. Stel het cijfertype in op Geen en laat de intensiteit op 0% staan. Als u geavanceerde statistieken op de lasersnijder wilt wijzigen, zoals het percentage laservermogen of % snelheid, test u met de kerf-toets.
      OPMERKING: De vuistregel is dat hoe dikker het materiaal, hoe meer vermogen nodig is bij een lagere snelheid.
    7. Volg voor het snijden de richtlijnen van de makerspace voor het opstarten, gebruiken en onderhouden van de lasersnijder. Plaats de materialen in de printerholte en snijd de acrylsteunen.
      OPMERKING: Om mogelijke oogbeschadiging te voorkomen, moet u niet naar de laser kijken of acrylplaat onbeheerd achterlaten tijdens het snijden.
    8. Reinig overtollig materiaal uit de printerholte en monteer de draagstructuur. Monteer door elke horizonale plank in de open spleten van de verticale buitenwanden en de centrale verticale wand te steken zoals gelabeld in figuur 2A. Zorg ervoor dat de gaten tussen de horizontale planken zijn uitgelijnd.
  2. 3D-print de plastic steunen.
    1. Open een webbrowser en maak een account aan op een online 3D-modelleringsprogramma. Raadpleeg de tabel met materialen voor een gratis accountoptie.
    2. Klik op 3D-ontwerpen > Een nieuw ontwerp maken. Om de exacte 3D-geprinte ontwerpen van deze studie te repliceren, zoals te zien in Figuur 3,downloadt u het archief 3D_Prints.zip (Aanvullende 3D-afdrukken)en verplaatst u de map naar het bureaublad. Pak de map uit en open deze. Klik op de webpagina van het online 3D-modelleringsprogramma op Importeren in de rechterbovenhoek en selecteer de .stl-bestanden.
      OPMERKING: Meerdere ontwerpreplicaties of objecten kunnen het werkplan vullen en worden opgeslagen als één STL-bestand, zolang de gebruiker de objecten binnen de grenzen van het buildgebied van de 3D-printer houdt. Het grootste object dat een 3D-printer kan printen is 140 mm lengte x 140 mm breedte x 140 mm diepte. Roteer de objecten echter niet langs hun z-as als middel om het aantal objecten in een bouwgebied te maximaliseren. Dat komt omdat de gedownloade objecten zijn gepositioneerd om overhangen te minimaliseren, en zodat ze optimaal kunnen worden afgedrukt met de minimaal noodzakelijke ondersteuningen.
    3. Als u de ontwerpen zelf wilt maken of aanpassen, volgt u de zelfstudies van de website, voert u bewerkingen uit en exporteert u de nieuwe ontwerpen als STL-bestanden. In totaal 8 lineaire geleiderails (100,05 mm lengte x 23,50 mm breedte x 7,00 mm diepte), 16 lineaire geleiderailblokken (22,08 mm lengte x 11,47 mm breedte x 12,47 mm diepte), 12 tot 20 schroeven (9,00 mm lengte x 7,60 mm breedte x 13,00 mm diepte), 15 kruisbeugels (50,00 mm lengte x 50,00 mm breedte x 20,00 mm diepte), 16 magneethouders (12,75 mm lengte x 12,50 mm breedte x 15,75 mm diepte), 16 buissteunen (29,22 mm lengte x 29,19 mm breedte x 11,00 mm diepte), 16 korte lineaire geleiderailsteunen (40,00 mm lengte x 11,00 mm breedte x 13,00 mm diepte) en 16 lange lineaire geleiderailsteunen (40,00 mm lengte x 16,00 mm breedte x 13,00 mm diepte) moeten 3D-geprint worden. Als u de spiegel van elk lineair geleiderailontwerp wilt verkrijgen, klikt u op het object, drukt u op Men selecteert u de pijl die overeenkomt met de breedte van het object.
      OPMERKING: Zie stap 1.3.6. voor meer informatie over de lineaire geleiderailpennen.
    4. Download en installeer een 3D-printing slicing software om .stl-bestanden te converteren naar een 3D-printer leesbaar .gx-bestand. Raadpleeg de Tabel met Materialen om het gratis softwareprogramma te downloaden.
      OPMERKING: Andere conversiesoftwareprogramma's zijn acceptabel, maar dit protocol gaat ervan uit dat de makerspace de 3D-printer en afdrukslicingsoftware gebruikt zoals vermeld in de tabel met materialen.
    5. Dubbelklik op het pictogram van de 3D-printsoftware om de software te starten. Klik op Afdrukken > apparaattype en selecteer de 3D-printer die zich in de makerspace bevindt.
    6. Klik op het pictogram Laden om een STL-modelbestand te laden en het object op het buildgebied weer te geven.
    7. Selecteer het object en dubbelklik op het pictogram Verplaatsen. Klik op Platform om er zeker van te zijn dat het model op het platform staat. Klik op Centreren om het object in het midden van het buildgebied te plaatsen of sleep het object met de muisaanwijzer om het object op het buildgebied te plaatsen.
    8. Klik op het pictogram Afdrukken. Zorg ervoor dat materiaaltype is ingesteld op PLA,steunen en vlot zijn ingeschakeld, resolutie is ingesteld op standaarden de temperatuur van de extruder overeenkomt met de temperatuur die wordt voorgesteld door de 3D-printergids. De temperatuur kan worden gewijzigd binnen Meer opties >> temperatuur.
    9. Druk op OK en sla het .gx-bestand op in de map 3D_Prints of op een USB-stick als het bestand niet via een USB-kabel naar de 3D-printer kan worden overgebracht.
    10. Zoek de 3D-printmachine van een makerspace. Kalibreer de extruder en zorg ervoor dat er voldoende filament is om te printen. Breng het .gx-bestand over naar de 3D-printer en print alle soorten en hoeveelheden plastic steunen en verbeteringen. Controleer voor elke afdruk of het filament goed op de plaat blijft plakken.
  3. Monteer 3D-prints op de acryl draagstructuur.
    1. Als u alle aanwezige steunen wilt visualiseren, raadpleegt u Figuur 2B.
    2. Lijm de 3,175 mm dikke neopreenplaten warm op de binnenwanden van de kruisbeugel. Wanneer het droog is, plaatst u de kruisbeugels op de kruisingen van de acrylplanken en de wanden aan de achterkant van het apparaat om de vliegmolen te stabiliseren.
    3. Gebruik waar mogelijk 3D-geprinte schroeven om de magnetische invloed van ijzeren schroeven te minimaliseren. Schroef de buissteunen op de onderkant en de bovenkant van elke cel. Zorg ervoor dat de steunpunten van de boven- en onderbuis zijn uitgelijnd.
    4. Plaats een 30 mm lange kunststof buis (binnendiameter (ID) 9,525 mm; buitendiameter (OD) 12,7 mm) in de bovenbuissteun en een 15 mm lange kunststof buis (ID 9,525 mm; OD 12,7 mm) in de onderste buissteun van elke cel. Plaats vervolgens een 40 mm lange plastic buis (ID 6,35 mm; OD 9,525 mm) in de bovenbuis en een 20 mm lange kunststof buis (ID 6,35 mm; OD 9.525 mm) in de onderbuis. Zorg ervoor dat er voldoende wrijving is tussen de buizen om de buizen op hun plaats te houden, maar niet te veel dat de binnenband nog steeds op en neer kan glijden als hij wordt aangetrokken. Als buizen kromgetrokken zijn, dompel dan delen van de buizen gedurende 1 minuut onder in kokend water. Maak de buizen recht op een handdoek, laat ze op kamertemperatuur komen en plaats de buizen vervolgens.
    5. Plaats de twee neodymiummagneten met lage wrijving (10 mm diameter; 4 mm lengte; 2,22 kg houdkracht) in elke magneetsteun. Zorg ervoor dat elk paar magneten elkaar afstoot. Plaats vervolgens een binnenband stevig in elke magneetsteun, zodat de zwaartekracht die op de magneten en magneetondersteuning inwerkt niet sterk genoeg is om de steun van de binnenband los te maken.
    6. Schuif in dezelfde richting twee lineaire geleiderailblokken in de lineaire geleiderail. Plaats de lineaire geleiderails en blokken rechtop in de ramen op de buitenste verticale muren. Zorg ervoor dat de blokopeningen naar boven gericht zijn. Om één lineaire geleiderail op zijn plaats te bevestigen, gebruikt u twee korte lineaire geleiderailsteunen, twee lange lineaire geleiderailsteunen, vier 10 mm lange ijzeren schroeven (M5; 0,8 draadspit; 5 mm diameter), twee 20 mm lange ijzeren schroeven (M5; 0,8 draadspit; 5 mm diameter) en twee zeskantmoeren (M5; 0,8 draadspit; 5 mm diameter). Figuur 2C toont de volledige assemblage van de lineaire geleiderail.
      OPMERKING: Open sleuven in de lineaire geleiderail zijn bedoeld om te worden gebruikt dan en slechts dan als de lineaire geleiderail wordt geërodeerd door het herhaaldelijk schuiven van het blok. Als dat zo is, 3D-print dan een kleine T-vormige pin in de map 3D_Prints.
  4. Bouw de draaibare arm.
    OPMERKING: De onderafdelingen 1.4.1 en 1.4.2 zijn gelijkwaardig aan de onderafdelingen 1.2.2. en 1.2.3. in Attisano et al. 2015 methoden paper13.
    1. Prik het filter van een 20 μL gefilterde pipetpunt op het middelpunt met behulp van een entomologische pin. Duw vervolgens de pin door de pipetpunt totdat de stalen uiteinden van de pen uit het lichaam van de pipetpunt steken. Zorg ervoor dat het filter van de pipetpunt de pin op zijn plaats houdt. De pin dient als de as van de vliegmolenarm.
    2. Om de celruimte te maximaliseren, snijdt u een niet-magnetische hypodermische stalen buis van 19 G tot een lengte van 24 cm (1 cm minder dan de breedte van een vluchtcel). Lijm de uitstekende pen en de kroon van de pipetpunt uit stap 1.4.1 heet. tot het middelpunt van de slang. Buig het ene uiteinde van de buis op 2 cm van het uiteinde naar een hoek van 95°.
      OPMERKING: Om prioriteit te geven aan de grootte van insecten in plaats van de celruimte te maximaliseren, verkort u de straal van de arm voor kleinere insecten of zwakke vliegers. Een langere vliegarm kan ook worden gemonteerd als de middelste acrylwand wordt verwijderd voor grotere insecten of sterke vliegers. Bovendien kan het gebogen uiteinde van de arm verschillende hoeken ondersteunen om het insect in zijn natuurlijke vluchtoriëntatie te positioneren.
    3. Om de magnetische ophanging te testen, plaatst u de arm tussen de bovenste set magneten. Zorg ervoor dat de roterende arm vrij rond de verticaal hangende pen draait.
    4. Lijm de twee neodymiummagneten met lage wrijving (diameter 3,05 mm; lengte van 1,58 mm; 0,23 kg houdkracht) op het gebogen uiteinde van de scharnierarm om het magnetisch geverfde insect vast te binden voor de vlucht (massa van de vluchtmolenarm met magneten = 1,4 g). Wikkel aan het niet-gebogen uiteinde van de scharnierarm een stuk aluminiumfolie (massa per gebied = 0,01 g / cm2) om een vlag te maken. De folievlag fungeert als contragewicht en breekt door zijn sterk reflecterende eigenschappen optimaal de IR-straal die van de IR-sensorzender naar de ontvanger wordt gestuurd.
      OPMERKING: De diameter van de IR-balk is maximaal 2,4 mm, dus de optimale minimale breedte van de folievlag is 3 mm. Een folievlagbreedte van 3 mm en gepositioneerd om de bundel IR-licht voor de emitterlens van de sensor te breken, zal een spanningsdaling produceren die tijdens analyses detecteerbaar is.
  5. Stel de IR-sensor en datalogger in.
    1. Plaats de IR-sensorzender in het bovenste lineaire geleiderailblok met de emitter van de bundel naar beneden gericht. Plaats vervolgens de IR-sensorontvanger in het onderste blok naar boven gericht.
      OPMERKING: De sensoren (20 mm lengte x 10 mm breedte x 8 mm diepte) kunnen worden gescheiden tot een afstand van 250 mm en functioneren nog steeds; daarom zullen ze zelfs functioneren wanneer ze aan de uiteinden van de ongeveer 100 mm lineaire geleiderail zijn geplaatst.
    2. Sluit op een soldeerloos breadboard de IR-sensorzender en -ontvanger in serie aan op de 4-kanaals analoge ingangsdatalogger, zoals weergegeven in het elektronische circuit in figuur 4A. Sluit eerst de INGANG van de IR-sensorzender (niet de ontvanger) aan, na de weerstand van 180 Ω. Plaats nog een weerstand van 2,2 kΩ voor de uitgang van de IR-ontvangeraansluiting. Configureer het elektronische circuit van elk kanaal in afwisselende rijen langs het breadboard om ruis in het spanningssignaal van meerdere sensoren tijdens de opname te minimaliseren(Figuur 4B).

2. Voer vluchtproeven uit

  1. Magnetisch binden insecten aan de vliegmolenarm.
    1. Om de stress op het insect te minimaliseren, brengt u magnetische verf aan op het pronotum van het insect met behulp van een tandenstoker of een fijne precisie-applicator (20 G tip). Laat de verf minstens 10 min drogen. Eenmaal droog, bevestig het insect aan de magneten van de vliegmolenarm. Zie figuur 5 voor voorbeelden van magnetisch schilderende en vastgebonden insecten van verschillende grootte. Dit protocol gebruikt Jadera haematoloma (zeepbeswants) als het modelinsect voor vlucht tethering en proefexperimenten.
      OPMERKING: Voor een sterkere aantrekkingskracht tussen het insect en de armmagneten, breng meerdere lagen magnetische verf aan. Verwissel bovendien de magneten die aan het einde van de vluchtmolenarm zijn bevestigd voor magneetgroottes die het beste passen bij het gezichtsveld, de massa en het vleugelbereik van de insecten.
    2. Vlieg tot 8 insecten tegelijk in de vluchtmolen. Verf bereid minstens 16 insecten voor om meerdere insecten achtereenvolgens te testen tijdens een enkele opnamesessie.
    3. Om de magnetische verf na het testen te verwijderen, chipt u de verf af met een fijne tang en gooit u deze weg volgens de voorschriften van het Environmental Protection Agency (EPA) en de Occupational Safety and Health Administration (OSHA).
  2. Neem meerdere insecten achter elkaar op zonder een opnamesessie te beëindigen met winDAQ's Event Marker Comment-tool.
    1. Download en installeer de gratis WinDAQ Data Recording and Playback Software.
    2. Maak een nieuwe map met de titel Flight_scripts op het bureaublad. Maak vijf nieuwe mappen met de volgende exacte namen in de map Flight_scripts: data, files2split, recordings, split_filesen standardized_files. Download het gegevensblad.xlsx (Supplemental File 1) en sleep het bestand naar de gegevensmap in de map Flight_scripts.
    3. Gebruik het gegevensblad.xlsx als een handmatige sjabloon voor gegevensregistratie. Er zijn minimaal vier kolommen nodig: het identificatienummer van de bug, of de bug is overleden voordat deze werd getest, het nummer van de recordset en de kamer bestaande uit de kanaalletter en het kanaalnummer (bijvoorbeeld 'A-1', 'B-4'). Zie figuur 2A voor een mogelijke kamerconfiguratie.
    4. Open het WinDAQ Dashboard,selecteer de datalogger(s) in de lijst met selectievakjes en druk op'Start Windaq Software'. Voor elke geselecteerde datalogger wordt een nieuw venster geopend en wordt het ingangssignaal van elke sensor weergegeven.
    5. Definieer een bemonsteringsfrequentie door te klikken op Edit > Sample Rate. Typ een bemonsteringsfrequentie van 100 samples/seconde in het vak Sample Rate/Channel en druk op OK.
      OPMERKING: Dit protocol suggereert 100 S/s omdat troggen, die spanningsdalingen zijn als gevolg van de vlag die de IR-sensorbundel onderbreekt, nog steeds een minimale spanningsdaling van 0,36 V bereiken voor snelheden van 1,7 m/s. Op zijn beurt kan ruis, die een maximale spanningsdaling van 0,10 V heeft, tijdens standaardisaties nog steeds worden gefilterd zonder echte troggen te filteren. Bovendien maakt een samplefrequentie van 100 S/s het voor de gebruiker gemakkelijk om de dalen op de golfvorm op het scherm te zien tijdens en na de opname. Als er fouten optreden tijdens de opname, kan de gebruiker de troggen snel onderscheiden van fouten of ruis. Zie aanvullende figuur 2 voor vergelijkingen tussen verschillende lage bemonsteringsfrequenties.
    6. Als u een nieuwe opnamesessie wilt starten, drukt u op Bestand > Opnemen. Selecteer de locatie van het opnamebestand in het eerste pop-upvenster. Schrijf de bestandsnaam zorgvuldig. Bestanden moeten ten minste het volgende in hun naam hebben: het nummer van de opnameset en de kanaalletter. Een voorbeeld van een bestandsnaam die is gemodelleerd in de Python-scripts is de volgende: T1_set006-2-24-2020-B.txt. Raadpleeg split_files.py regels 78-87 uit de map Flight_scripts voor meer informatie. Druk vervolgens op OK.
    7. Voer in het volgende pop-upvenster de verwachte lengte van de vluchtopname in. Druk op OK wanneer de insecten zich in een positie bevinden om de vlucht te beginnen. Nadat de opnametijd is verstreken, drukt u op Ctrl-S om het bestand te voltooien. Druk niet op Ctrl-S tenzij het nodig is om de opname vroegtijdig te beëindigen.
      OPMERKING: Als het bestand te vroeg wordt beëindigd door Ctrl + S te typen of als de bovengenoemde tijdsduur te kort was, voegt u een nieuwe opname toe aan een bestaand bestand door op Bestand > recordte klikken . Selecteer het bestand waaraan u wilt toevoegen en klik op Ja in het volgende pop-upvenster.
    8. Wanneer u geteste insecten tijdens de opname uittrekt, plaatst u een becommentarieerde gebeurtenismarkering van het binnenkomende insect in de geselecteerde kamer. Noteer altijd handmatig de ID, kamer en opnameset van het binnenkomende insect in een gegevensblad.xlsx voordat u insecten verwisselt.
    9. Als u een opmerking over een gebeurtenismarkering wilt maken, klikt u op het kanaalnummer. Klik vervolgens op Bewerken > Opmerking invoegen. Definieer de opmerking met het identificatienummer van het nieuwe insect dat de kamer binnenkomt. Druk op OK en laad het insect in de kamer.
  3. Visualiseer opmerkingen over gebeurtenismarkeringen en converteer het bestand van WDH naar TXT.
    1. Open een WDH-bestand. Visualiseer opmerkingen over gebeurtenismarkeringen door naar Bewerken > compressiete gaan ... en klik vervolgens op de knop Maximum om de golfvorm volledig in één venster te comprimeren(Figuur 6A).
    2. Controleer op eventuele afwijkingen in de opname.
      OPMERKING: De soorten afwijkingen of storingen in de opname worden weergegeven in figuur 6. Deze worden later gediagnosticeerd en gecorrigeerd in de Python-scripts.
    3. Sla het bestand op in een .txt indeling door naar Bestand > Opslaan alste gaan. Selecteer de opnamemap in de map Flight_scripts als locatie om het bestand op te slaan. Selecteer het bestandstype als Spreadsheet afdrukken (CSV) in het pop-upvenster en schrijf de bestandsnaam met .txt aan het einde. Klik op Opslaan. Selecteer in het volgende pop-upvenster Sample Rate, Relative Timeen Date and Time. Typ 1 tussen Kanaalnummer en Gebeurtenismarkeringen. Schakel alle andere opties uit en klik op OK om het bestand op te slaan.

3. Analyseer vluchtgegevens

  1. Splits bestanden op opmerkingen over gebeurtenismarkeringen.
    1. Installeer de nieuwste versie van Python. Alle scripts in dit protocol zijn ontwikkeld op Python versie 3.8.0.
    2. Download de volgende Python-scripts: split_files.py, standardize_troughs.pyen flight_analysis.py (Aanvullende coderingsbestanden). Verplaats de scripts naar de map Flight_scripts.
    3. Zorg ervoor dat Python up-to-date is en installeer de volgende bibliotheken: csv, os, sys, re, datetime, time, numpy, math en matplotlib. Om de belangrijkste functies en gegevensstructuren van de scripts te observeren, zie het schema in Aanvullende figuur 3.
    4. Open het gegevensblad.xlsx bestand en sla het op als CSV door de bestandsindeling te wijzigen in CSV UTF-8 (door komma's gescheiden) als Windows of Macintosh Comma Separated wordt uitgevoerd als Mac wordt uitgevoerd.
    5. Open het pictogram split_files.py met de teksteditor naar keuze. Als er geen voorkeur is, klikt u met de rechtermuisknop op het scriptpictogram en selecteert u Openen met IDLE.
    6. Hercodeer de regels 133-135 en 232-233 als de gebruiker een andere bestandsnaam heeft geschreven dan de voorgestelde sjabloon ('T1_set006-2-24-2020-B.txt'). Zie de regels 116-131 om het script opnieuw te coderen voor verschillende bestandsnamen met behulp van de functie split().
    7. Typ in regel 266 het pad naar de map Flight_scripts en voer het script uit. Na een succesvolle uitvoering genereert het script tussenliggende .txt bestanden van toegewezen insecten-ID's in de map files2split en .txt bestanden voor elk insect dat is getest in elke opnameset in de map split_files, in de map Flight_scripts.
      OPMERKING: Bovendien moeten gebruikers in de Python Shell afdrukinstructies van de bestandsnaam zien, welke insecten worden verwisseld bij een genummerde gebeurtenismarkering en welke bestanden worden gesplitst en gegenereerd in nieuwe bestanden door insect-ID.
  2. Standaardiseer en selecteer de troggen in het opgenomen signaal.
    1. Open het pictogram standardize_troughs.py met de teksteditor naar keuze. Als er geen voorkeur is, klikt u met de rechtermuisknop op het scriptpictogram en selecteert u Openen met IDLE.
    2. Typ in regel 158 de bemonsteringsfrequentie.
    3. Typ in regel 159 het pad naar de map Flight_scripts en voer het script uit. Als het script wordt uitgevoerd, worden er bestanden gegenereerd in de map standardized_files in de map Flight_scripts.
      OPMERKING: Alle bestanden moeten beginnen met 'standardized_' en eindigen met de oorspronkelijke bestandsnaam.
    4. Controleer de kwaliteit van de opnames: Open de trough_diagnostic.png die is gegenereerd door de standardize_troughs.py in de map Flight_scripts. Zorg ervoor dat alle records bestand zijn tegen wijzigingen in de minimale en maximale spanningswaarde van het gemiddelde standaardisatie-interval.
      OPMERKING: Opnames kunnen veel ruis hebben of overgevoelige troggen hebben als ze grote afnames vertonen in het aantal troggen dat wordt geïdentificeerd wanneer de minimale en maximale afwijkingswaarden worden verhoogd. Aanvullende diagnostiek voor de min-max normalisatiefactor kan ook worden gecodeerd, uitgevoerd en uitgezet. Een alternatieve methode voor het controleren van de opnamekwaliteit wordt beschreven in stap 2.3.1. en 2.3.2. van de Attisano et al. 2015 methods paper13.
    5. Beoordeel de diagnose, verwijder commentaarregel 198 en specificeer de minimale en maximale afwijkingswaarden, die de minimum- en maximumwaarden definiëren rond de gemiddelde spanning die wordt gebruikt om de standaardisatie voor alle bestanden uit te voeren. De standaardwaarde is 0,1 V voor elke afwijkingswaarde.
      OPMERKING: In regel 53 kan de gebruiker ook de min-max normalisatiefactordrempel opgeven om een spanning ver onder de drempelwaarde te identificeren.
    6. Geef commentaar op regel 189 nadat u de afwijkingswaarden hebt ingevoerd en voer vervolgens het script uit. Het script voert de standaardisaties efficiënt uit voor alle bestanden (bijna 25 keer sneller).
  3. Analyseer het vluchtspoor met behulp van het gestandaardiseerde bestand.
    1. Open het pictogram flight_analysis.py met de teksteditor naar keuze. Als er geen voorkeur is, klikt u met de rechtermuisknop op het scriptpictogram en selecteert u Openen met IDLE.
    2. Bewerk in de regels 76-78 de optionele snelheidscorrectie die extra rotaties van de arm van de molen onderdrukt nadat een insect stopt met vliegen. Bepaal deze drempelwaarde met de nodige voorzichtigheid bij het werken met langzaam vliegende insecten.
    3. Bewerk in regel 121 de snelheidsdrempels om te corrigeren voor valse snelheidsmetingen, zoals extreem hoge snelheden of negatieve snelheden. Bewerk in regel 130 de waarde van het tijdsverschil om lange openingen uit te filteren die optreden tussen twee opeenvolgende ononderbroken vliegbeurten.
    4. Typ in regel 350 het pad naar de map waarin de *.txt gestandaardiseerde bestanden zijn opgeslagen.
    5. Voer in regel 353 de armstraallengte in die tijdens proeven wordt gebruikt, die de cirkelvormige vliegroute definieert die per omwenteling door het insect wordt gevlogen.
    6. Identificeer de afstands- en tijd-SI-eenheden als tekenreeksen in respectievelijk regel 357 en 358.
    7. Gebruik in de regels 388-397 de functie split() om minimaal het identificatienummer van het insect en het ingestelde nummer en de kamer waarin het insect vloog uit de bestandsnaam te extraheren. Het script volgt het uitgebreide bestandsnaamvoorbeeld van 'standardized_T1_set006-2-24-2020-B.txt'. Vereenvoudig indien nodig deze bestandsnaam zoals voorgesteld in stap 2.2.6. en geef commentaar op of verwijder variabelen zoals proeftype op regels 392 en 401, indien niet gebruikt.
    8. Geef alle gebruikersinstellingen op, sla het script op en voer het uit. Als het script wordt uitgevoerd, worden het overeenkomstige ID-nummer, de kamer en de berekende vluchtstatistieken van het insect afgedrukt in de Python Shell. Bovendien genereert het een flight_stats_summary.csv bestand dat bestaat uit de informatie die is afgedrukt in de Python Shell en slaat het .csv bestand op in de gegevensmap van de map Flight_scripts.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Vluchtgegevens werden experimenteel verkregen tijdens de winter van 2020 met behulp van veld verzamelde J. haematoloma uit Florida als de modelinsecten (Bernat, A. V. en Cenzer, M. L. , 2020, ongepubliceerde gegevens). Representatieve vluchtproeven werden uitgevoerd in het Department of Ecology and Evolution aan de Universiteit van Chicago, zoals hieronder weergegeven in figuur 6, figuur 7, figuur 8en figuur 9. De vluchtmolen werd opgezet in een incubator die was ingesteld op 28 °C/27 °C (dag/nacht), 70% relatieve vochtigheid en een 14 uur licht/10 uur donkere cyclus. Voor elke proef werd de vluchtbaan van meerdere bugs elke honderdste van een seconde geregistreerd door de WinDAQ-software gedurende maximaal 24 uur. Na voorbereidende proeven werd vlieggedrag gecategoriseerd in bursting flight en continuous flight. Bursters vlogen sporadisch minder dan 10 minuten per keer en continue vliegers vlogen ononderbroken gedurende 10 minuten of langer. Elk individu dat geen continu vluchtgedrag vertoonde binnen de testfase van 30 minuten, werd van de vluchtmolen gehaald en vervangen door een nieuwe bug en de bijbehorende ID in een gebeurtenismarkeringscommentaar. Alle insecten die continu vluchtten, bleven langer dan 30 minuten op de vluchtmolen totdat ze stopten met vliegen. Bugs werden elke dag van 8 uur 's ochtends tot 4 uur 's middags verwisseld. Zoals weergegeven in figuur 9,varieerden vluchtproeven van individuen in de opname van een dag in lengte van 30 minuten tot 11 + h. Door gebeurtenismarkeringen in te voegen bij de toevoeging van nieuwe personen, wordt deze complexe gegevensstructuur met succes verwerkt via de Python-scripts en helpt de code gebruikers effectief de reikwijdte van hun experimenten te visualiseren. De voorgestelde experimentele opstelling vangt de volledige vliegcapaciteit van insecten; het laat echter de mogelijkheid van het waarnemen van vlucht periodiciteit achterwege. Gebruikers hebben dan de mogelijkheid om hun vluchtproeven aan te passen aan verschillende vluchtstatistieken en te kiezen welk vluchtgedrag of welke strategieën ze het meest willen testen.

De golfvorm op het scherm en de diagnostische heatmap(s) maken het ook mogelijk om hiaten te identificeren of inconsistenties in de vluchtspoorgegevens op te lossen. Figuur 6A toont een reeks proeven waarvan de vluchtgegevens met succes werden geregistreerd voor alle kanalen zonder ruis of verstoring. Het toont ook alle opmerkingen over gebeurtenismarkeringen die tijdens de opname zijn gemaakt. Figuur 6B toont een moment waarop het opgenomen signaal verloren ging in kanaal 3, waardoor de spanning onmiddellijk daalde tot 0 V. Dit kwam mogelijk door het oversteken van open draden of het losraken van draden. Er zijn ook bepaalde gebeurtenissen tijdens het opnemen die kunnen optreden, maar waarvoor wordt gecorrigeerd in de Python-scripts. Dit omvat dubbele troggen, spiegelgoten en spanningsgeluid(figuur 6C,D). Deze gebeurtenissen leiden tot valse dalmetingen, maar ze kunnen betrouwbaar worden geïdentificeerd en verwijderd tijdens analyses. Figuur 7 vergelijkt drie gegevensbestanden om te laten zien hoe ruis of gevoelige troggen in de opnamegegevens werden gediagnosticeerd tijdens het standaardisatieproces. Het eerste (Figuur 7A) is een bestand waarvan de troggen gegenereerd door elke omwenteling van de flight mill arm robuust waren, wat betekent dat ze grotendeels afweken van de gemiddelde spanning van het bestand. Naarmate het standaardisatie-interval rond het gemiddelde toenam, was er op zijn beurt geen verandering in het aantal geïdentificeerde dalen. Dit suggereerde dat er geen spanningsruis was en dat de gebruiker dan kan vertrouwen op de nauwkeurigheid van de standaardisatie. Aan de andere kant had het derde bestand (figuur 7C) troggen die ofwel te gevoelig waren of externe spanningsruis hadden die niet grotendeels afweken van de gemiddelde spanning van het bestand. Als gevolg hiervan nam het aantal troggen aanzienlijk af naarmate het standaardisatie-interval rond het gemiddelde toenam. Het zou dan raadzaam zijn om terug te kijken in het originele WDH-opnamebestand om te bevestigen of het insect echt vloog.

Door de vluchtsnelheids- en duurstatistieken van het individu uit te zetten, kan het vlieggedrag verder worden gekarakteriseerd in vier vluchtcategorieën: bursts (B), bursts to continuous (BC), continuous to bursts (CB) en continuous (C), zoals weergegeven in figuur 8. Een persoon die strikt continue vlucht vertoonde, vloog ononderbroken gedurende 10 minuten of meer, ten minste aan het einde van de testfase van 30 minuten(figuur 8A). Een persoon die sporadisch vloog tijdens de testfase van 30 minuten vertoonde een barstende vlucht(figuur 8B). Een persoon die aanvankelijk een continue vlucht vertoonde gedurende meer dan 10 minuten en vervolgens binnen de testfase van 30 minuten taps toeliep in sporadische uitbarstingen, vertoonde een continue tot barstende vlucht(figuur 8C). Ten slotte vertoonde een persoon die aanvankelijk een barstende vlucht vertoonde en vervolgens overging in een continue vlucht voor de rest van de testfase van 30 minuten en daarna, bursting naar continue vlucht(figuur 8D). Dus, specifiek voor het modelinsect en het experimentele kader, kan de gebruiker deze grafische uitvoer gebruiken om algemene vluchtgedragspatronen te beoordelen en te identificeren, ondanks unieke variaties in individuele tracks.

Figure 1
Figuur 1: Ontwerpen die met laser moeten worden gesneden voor de acrylaatplaatstructuur. Acht acryl plastic platen werden lasergesneden om de plastic draagstructuur van de vliegmolen te construeren. Bestandslijnen zijn gemaakt in Adobe Illustrator in RGB-modus, waar RGB Rood (255, 0, 0) lijnen knipt en RGB Blauw (0, 0, 255) lijnen etst. Voor een betere leesbaarheid in deze figuur werden bestandslijnstreken verhoogd van 0,0001 punt naar 1 punt. Coördinaateenheden zijn mm en de stip in de linkerbovenhoek van elk ontwerp is de oorsprong, waarbij verder naar beneden en rechts van de oorsprong bewegen leidt tot positieve oplopende waarden. Er zijn drie verschillende plaatontwerpen: de verticale buitenwanden, een centrale verticale muur en horizontale planken. De twee verticale buitenwanden schuiven in de horizontale planken bij hun spleten en hun rechthoekige gaten worden gebruikt om de 3D-geprinte lineaire geleiderail, blokken en steunen te monteren. Er is één centrale verticale wand met spleten die de vliegmolen in acht cellen verdeelt en extra structurele ondersteuning biedt. Er zijn ook vijf horizonale planken met spleten, geëtste cirkels om de locatie van de magnetische buissteunen te markeren en kleine rechthoekige gaten om de buissteunen in te schroeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Geassembleerde vliegmolen. A) Flight millassemblage. Elke horizonale plank (HS) is in de open spleten van de verticale buitenwanden (OW) en centrale verticale wand (CW) gestoken. Bovendien wordt elke cel, of 'kamer', geïdentificeerd met een kanaalletter (A of B) die overeenkomt met een datalogger en een kanaalnummer (1-4) dat overeenkomt met het kanaal op de specifiekedatalogger. B) Flight mill cell assemblage met flight mill arm. Magnetische lagers kunnen worden verhoogd of verlaagd door de binnenbanden in de buitenste buizen te schuiven om de hoogte van de arm aan te passen. De IR-sensoren kunnen ook worden verhoogd of verlaagd om de sensoren uit te lijnen met de hoogte van de vlag op de arm. IR-sensoren kunnen ook eenvoudig uit hun lineaire geleiderailblokken worden verwijderd als ze moeten worden vervangen of geïnspecteerd of als de vluchtmolen moet worden vervoerd. Kruisbeugels bieden structurele ondersteuning voor elke acrylcel en kunnen eenvoudig worden ingebracht en verwijderd. C) Lineaire geleiderail en blokmontage in het celvenster. Alle 3D-componenten en de bijbehorende schroeven in het celvenster zijn gelabeld voor een duidelijkere montage. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: 3D geprinte ontwerpen. De afmetingen zijn in mm. A) Lineaire geleiderail. B) Lineair geleiderailblok in de vorm van een IR-sensor. C) Schroef gebruikt als ondersteuning om ijzeren schroeven te vervangen. D) Buissteun. E) Magneet ondersteuning. F) Kruisbeugel gebruikt als een acryl frame aligner en stabilisator. G) Lange ondersteuning en H) korte ondersteuning om de lineaire geleiderails op hun plaats te houden. Alleen lineaire geleiderailsteunen die op de buitenzijde van de acrylwand rusten, worden getoond. Lineaire geleiderailsteunspiegels worden niet weergegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: Elektrische circuits vande vliegmolen. A) Eenvoudig schema van een elektrisch circuit dat de IR-sensoren met de datalogger verbindt. Wanneer de vlag op de molenarm de straal onderbreekt die door de IR-sensorzender wordt uitgezonden, stopt de stroom met stromen naar de IR-sensorontvanger en daalt de spanning tot nul. De datalogger registreert alle spanningsdalingen. B) Elektrische circuits gemarkeerd. Elke gele doos bakent de componenten af van een circuit dat op het breadboard is aangesloten. Meerdere elektrische circuits kunnen worden aangesloten op een enkel breadboard in afwisselende rijen. De grootte van het soldeerloze breadboard beperkt het aantal vluchtcellen dat kan worden ondergebracht. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 5
Figuur 5: Insecten van verschillende grootte magnetisch geverfd en vastgebonden. A) Drosophila melanogaster (gewone fruitvliegjes) magnetisch geverfd en vastgebonden. Fruitvliegjes zijn kleine insecten (lichaamslengte 5 mm; massa = 0,2 mg) die eerst met ijs of CO2 onder een microscoop moeten worden verdoofd voordat ze de magnetische verf op hun thorax aanbrengen. B) Mismatch tussen insectengrootte en magneetgrootte. De magneet op de vliegmolenarm moet het beste geschikt zijn voor de grootte van het insect. Hier wordt het gezichtsveld van het insect belemmerd omdat de magneet te groot is. Een kleinere conische magneet of magneetstrip zou deze mismatch oplossen. C-F) Oncopeltus fasciatus (melkkruidwantsen) en Jadera haematoloma (zeepbestjes) magnetisch geverfd en vastgebonden. Grotere insecten (lichaamslengte > 5 mm; massa > 0,1 g) kunnen door hun poten worden geknepen voordat ze een laag verf op hun thorax aanbrengen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 6
Figuur 6: Voorbeelden van WDH vluchtopnamen. Spanningstotalen vertegenwoordigen complete omwentelingen van de arm van de vliegmolen. De rode stippellijnen verdelen het scherm en de seconden per divisie (sec/div) van elk paneel zijn blauw gemarkeerd. Zwarte verticale lijnen markeren de cursortijd. A) Gebeurtenismarkeringen. De sec/div werd veranderd van 0,2 sec/div naar max, waardoor de gehele golfvorm over het scherm kon worden getekend. Alle gebeurtenismarkeringen die over alle kanalen worden genomen, zijn alleen zichtbaar in het eerste kanaal als lijnen die van de maximale spanning naar de onderkant van het kanaalveldvenster lopen. Alle eventmakers voor deze opnameset bevinden zich in de gele ovaal. B) Signaalverlies. In een andere opnameset werd de sec /div gewijzigd van 0,2 sec / div naar 15 sec / div om een opgenomen signaal te visualiseren dat verloren was gegaan van 17:09 tot 17:15 in kanaal 3. Alle andere kanalen zoals kanaal 4 bleven goed functioneren. C) Dubbele troggen en spiegelbakken. Dubbele troggen zijn wanneer de spanning daalt, stijgt en dan snel daalt en weer stijgt om wat lijkt op twee samengevoegde troggen in één bundelbrekende gebeurtenis te creëren. De dubbele troggen spiegelen elkaar ook, wat suggereert dat de vlag heen en weer bewoog tussen de sensor, wat meestal gebeurt wanneer een insect stopt met vliegen. De Python-scripts corrigeren voor elk geval. D) Spanningsgeluid. Al snel na 13:14 zijn kleine hobbels in de spanning te zien, die spanningsruis in de opname suggereren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 7
Figuur 7: Representatieve gegevens via diagnostische gegevens van Jadera haematoloma (zeepbeswants). Potentieel geluid of overgevoelige troggen worden gemakkelijk herkend in de vluchtopnamen. A) Een optimale, robuuste opname uit voorbeeld individu 318. Er was geen verandering in het aantal troggen naarmate de minimale en maximale afwijkingswaarden toenamen, en dus waren de troggen robuust genoeg om te worden geïdentificeerd ondanks een groot standaardisatie-interval. B) Een suboptimale, maar nog steeds robuuste opname uit voorbeeld individu 371. Er is een daling van het aantal dalen naarmate de minimale en maximale afwijkingswaarden toenamen; de daling was echter minimaal (11 dalen). Er kan lawaai zijn en enkele gevoelige troggen, maar niets substantieels. C) Een luidruchtige opname van voorbeeld individu 176. Er is een duidelijke en snelle daling van het aantal troggen geïdentificeerd als de minimale en maximale afwijkingswaarden verhoogd totdat het aantal plateaus op 12 troggen. Dit signaleert veel potentiële ruis of overgevoelige troggen terwijl de 12 troggen als robuuste troggen blijven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 8
Figuur 8: Representatieve vluchtgegevens van Jadera haematoloma (zeepbeswants). Vier categorieën van vlieggedrag kunnen worden geïdentificeerd in de vluchtopnamen. A) Continue vlucht. Deze persoon vloog continu gedurende 1,67 uur, beginnend bij hoge snelheden en vervolgens taps toelopend in de loop van de tijd naar lagere snelheden. B) Barstende vlucht. Deze persoon vloog alleen in uitbarstingen binnen de eerste 30 minuten van hun proef. Bursters kunnen hoge snelheid bereiken, maar deze persoon kon alleen lage snelheden behouden. C) Continue tot barstende vlucht. Deze persoon had gedurende 25 minuten een continue vlucht volgehouden en liep vervolgens af in uitbarstingen voor de resterende 5 minuten van hun proef. D) Barsten tot continue vlucht. Deze persoon begon als een burster, bereikte hoge sporadische snelheden en ging vervolgens over in een continue vlucht gedurende ongeveer 4 uur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 9
Figuur 9: Representatieve kanaalvisualisatie van meerdere vluchtproeven binnen één opnameset. Elke kleur vertegenwoordigt een individuele zeepbesbug op de gegeven kanaalletter en kanaalnummer tijdens de proef. Alle starttijden, stoptijden en bestandsnamen werden geëxtraheerd uit het unieke vluchtspoor van elk individu .txt-bestand. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Aanvullende figuur 1: Kerf-toets. Kerf is de dikte van het materiaal dat is verwijderd of verloren is gegaan tijdens het snijden van dat materiaal. Voor een lasersnijder bepalen twee belangrijke factoren de breedte van de kerf: de bundelbreedte en het materiaaltype. Om de exacte kerf te testen en te berekenen, snijdt u de sleutel met een laser en plaatst u de sleutel met een breedte van 20 mm in de sleuf die het meest veilig past. Trek vervolgens de waarde van de sleufbreedte af van de sleutelbreedtewaarde. Een sleutel met een breedte van 20 mm die in een sleuf van 19,5 mm past, heeft bijvoorbeeld een kerfdikte van 0,5 mm. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende figuur 2: Vergelijking van lage bemonsteringsfrequenties. A) Relatie tussen spanningsval en snelheid door bemonsteringsfrequentie. Elke lijnkleur en puntvorm vertegenwoordigt een bemonsteringsfrequentie (100 Hz, 75 Hz, 50 Hz en 25 Hz). Spanningsval is synoniem met de grootte van de trog. Lijnen passen in regressies van de tweede orde, die de afname van de troggrootte beschrijven naarmate de snelheid toeneemt en de daaropvolgende toename van de troggrootte bij hogere snelheden. De gearceerde balk loopt van 0 V tot 0,1 V, wat het spanningsbereik markeert waarin ruis optreedt. Gegevens werden verzameld op cel B-4 met behulp van de WinDAQ-opnamesoftware en met folievlagafmetingen van 30 mm lang en 30 mm breed. De arm van de vliegmolen werd snel met de hand gesponnen en liet draaien totdat hij stopte met bewegen. Bemonsteringsfrequenties van 25 Hz of lager lopen het gevaar troggen verkeerd te identificeren als ruis tijdens standaardisatie- en diagnostische tests. Bemonsteringsfrequenties van 100 Hz of hoger zijn bijzonder robuust bij het opnemen van grote troggen voor snelheden van minder dan 1m/s. B) Troggroottes van verschillende bemonsteringsfrequenties gezien door de golfvorm. Naarmate de bemonsteringsfrequenties afnemen, krimpt ook hun representatie op de golfvorm. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende figuur 3: Stroomdiagram van de functies en gegevensstructuren van elk Python-script. Een overzicht van de ingangen, functionele processen en outputs van elk Python-script voor de voorgestelde vluchtmolen wordt samengevat en beschreven aan de hand van voorbeelden. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende 3D-print. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende coderingsbestanden. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De eenvoudige, moderne vluchtmolen biedt een reeks voordelen voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het bestuderen van tethered insectenvlucht door een betrouwbaar en geautomatiseerd ontwerp te leveren dat meerdere insecten efficiënt en kosteneffectief test13,31,35. Evenzo is er een sterke stimulans voor onderzoekers om snel opkomende technologieën en technieken uit de industrie en andere wetenschappelijke gebieden toe te passen als een middel om experimentele hulpmiddelen te bouwen om ecologische systemen te bestuderen9,32,33. Dit protocol maakt gebruik van twee snel opkomende technologieën, de 3D-printer en de lasersnijder, die steeds vaker beschikbaar worden in gemeenschappelijke makerspaces, om de eenvoudige, moderne vliegmolen te verbeteren. Deze verbeteringen bieden een flexibeler, verstelbaar en inklapbaar ontwerp dat geschikt is voor insecten van verschillende groottes, de stress op het insect minimaliseert en de vliegmolen gemakkelijk naar meerdere locaties of omgevingen kan worden vervoerd. Bovendien zijn de extra kosten van het gebruik van de technologieën minimaal of zelfs gratis. Deze technologieën kunnen echter ook een uitdaging zijn om mee te experimenteren als het bereiken van vaardigheid in het gebruik van vectorafbeeldingseditors en 3D-beeldsoftware niet direct beschikbaar is. Op zijn beurt dient de hier gepresenteerde vluchtmolen zowel om onderzoekers aan te moedigen om beschikbare opkomende technologieën in hun workflow op te nemen als om onderzoekers in staat te stellen een aanpasbare, flexibele en effectieve vluchtmolen te bouwen zonder gespecialiseerde kennis van elektronica, programmering of CAD-modellen.

De sterkste aspecten van dit protocol zijn de technologieën van de makerspace die de ontwerpopties van een vliegmolen van een gebruiker uitbreiden, het gebruik van magnetische verf om insectenstress te minimaliseren en de automatisering van vluchtopnamen die meerdere insecten binnen één opname verwerken. De lasersnijder biedt nauwkeurige en exacte snijmogelijkheden die taken van bijna elke complexiteit aankunnen. De gebruiker kan de acrylondersteuningsstructuur aanpassen om extra 3D-prints of gekochte items te monteren. Met de 3D-printer kan de gebruiker aanpasbare vluchtmolencomponenten maken die dure, vooraf gemaakte producten met nauw instelbare afmetingen kunnen omzeilen. 3D-prints die niet in dit papier worden voorgesteld, kunnen ook worden gebouwd, zoals landingsplatforms, steunen die snel kunnen uitwisselen tussen magnetische lagers en kogellagers, of zelfs een nieuw hulpstuk dat een insect vastbindt. Ten slotte maakt het gebruik van geautomatiseerde opnamesoftware en Python-scripts om meerdere vluchtproeven binnen één opname te onderscheiden, het mogelijk om sporadische vluchtperioden tot zeer lange vluchtperioden te bestuderen. Gezien hoe variabel de vluchtactiviteit en -duur is tussen soorten, wordt echter voorgesteld dat de gebruiker voorbereidende proeven uitvoert om de limieten en algemene patronen van het vlieggedrag van een soort te begrijpen om de gegevensverzameling te optimaliseren. De gebruiker kan ook de integriteit van zijn opnames beoordelen met behulp van de diagnostische heatmap(s) en kan rekening houden met eventuele noodzakelijke snelheidscorrecties in de scripts.

Onderzoekers moeten zich ook bewust zijn van de algemene beperkingen van de vliegmolen. Eerdere studies hebben de beperkingen van vastgebonden vlucht bekend gemaakt en geprobeerd te verhelpen, waaronder een gebrek aan tarsaal contact om het insect naar believen te laten rusten18,31,de afwezigheid van energie die wordt verbruikt wanneer een insect opstijgt34,de extra weerstand die het insect overwint bij het duwen van de vluchtmolenarm en het insect dat moet compenseren voor de externe aerodynamische krachten die worden ervaren als gevolg van de centrifugale versnelling van zijn cirkelvormige vliegbaan 6,35. Bovendien blijven er inconsistenties bestaan over het categoriseren of nauwkeuriger kwantificeren van de korte of 'triviale' uitbarstingen die insecten vertonen, vooral bij het vergelijken van het vlieggedrag en de mechanismen van grote migrerende insecten met die van kleine insecten die meestal zwevende vlucht vertonen24,36,37 . Ondanks deze beperkingen is er aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het vastleggen en categoriseren van vlieggedrag binnen insectensoorten, en onderzoekers zijn doorgegaan met het koppelen van de vluchtmolen aan andere technologieën en methoden6,7,8.

De makerspace als locatie van creativiteit, samenwerking en lage barrières zal onderzoekers verder inspireren om problemen met 3D-printontwerpbeperkingen op te lossen of meer ingewikkelde ontwerpen met laser te snijden. Studies hebben de effectiviteit van makerspaces onderzocht, niet alleen als iteratieve productmakende ruimtes, maar ook als plaatsen van versneld leren10,11,12. Technische studenten scoorden over het algemeen hoger in ontwerpbegrip, ontwerpdocumentatie en modelkwaliteit toen hun ontwerpen werden gemaakt met behulp van makerspace-technologie11. Bovendien daalde hun modelontwikkelingstijd met 50%, wat aangeeft dat makerspace-verkenning beter presteerde dan traditionele rote-theorie en toepassingscursussen11. Op hun beurt zullen onderzoekers met weinig ontwerpkennis in staat zijn om het te verdiepen, en onderzoekers die ook opvoeders zijn, kunnen profiteren van deze ruimte als een middel om de ontwerporganisatie, vakmanschap en technische behendigheid voor studenten te vergroten. In een discipline als ecologie die al gebruik maakt van een verscheidenheid aan hulpmiddelen voor veld- en laboratoriumwerk, kunnen onderzoekers ook nieuwe of verbeterde hulpmiddelen ontwikkelen, delen en standaardiseren. De vluchtmolen die in dit artikel wordt voorgesteld, is slechts het begin van wat een aanpak zou kunnen zijn voor het democratiseren en snel verspreiden van nieuwe manieren om gegevens te verzamelen.

Vliegmolens hebben een belangrijke rol gespeeld bij het in staat stellen van onderzoekers om de verspreiding van insecten te begrijpen - een ecologisch fenomeen dat nog steeds in wezen hardnekkig is in het veld. Toekomstige vooruitgang in het ontwerp en de toepassing van de vliegmolen kan worden bereikt naarmate onderzoekers zich meer bekwamen in opkomende technologieën en de software die bij die technologieën hoort. Dit kan het ontwerpen van armlagers voor vliegmolens omvatten die verticale lift mogelijk maken of het insect een grotere vluchtoriëntatieflexibiliteit geven. Bovendien kan de precisie van lasersnijders en 3D-printers nodig zijn voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het verkleinen en kalibreren voor kleine insecten met meestal zwevende mogelijkheden. Op zijn beurt was het doel van dit protocol om een gemakkelijke toegang tot deze technologieën te bieden en tegelijkertijd een van de meest voorkomende en nuttige apparaten op het gebied van gedragsecologie te bouwen - de vluchtmolen. Als onderzoekers toegang hebben tot een gemeenschappelijke makerspace en zich inzetten voor het navigeren door de technologieën, zullen de resulterende verbeteringen en verbeteringen van de moderne vluchtmolen leiden tot creatief en collaboratief vluchtmolenontwerp en zullen ze inzicht blijven bieden in de onderliggende eigenschappen en mechanismen die de variaties en patronen in beweging van insectensoorten beïnvloeden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteur heeft niets te onthullen.

Acknowledgments

Ik wil Meredith Cenzer bedanken voor het kopen van alle materialen van de vliegmolen en het geven van continue feedback van de constructie tot het schrijven van het project. Ik dank ook Ana Silberg voor haar bijdragen aan standardize_troughs.py. Tot slot dank ik het Media Arts, Data, and Design Center (MADD) van de Universiteit van Chicago voor toestemming om zijn gemeenschappelijke makerspace-apparatuur, technologie en benodigdheden gratis te gebruiken.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
180 Ω Resistor E-Projects 10EP514180R Carbon film; stiff 24 gauge lead.
19 Gauge Non-Magnetic Hypodermic Steel Tubing MicroGroup 304H19RW 
2.2 kΩ Resistor Adafruit 2782 Carbon film; stiff 24 gauge lead.
3D Printer FlashForge 700355100638
3D Printer Filament FlashForge 700355100638 Diameter 1.75 mm; 1kg/roll.
3D Printing Slicing Software FlashPrint 4.4.0
Acrylic Plastic Sheets Blick Art Supplies 28945-1006
Aluminum Foil Target 253-01-0860
Breadboard Power Supply HandsOn Tech MDU1025 Can take 6.5V to 12V input and can produce 3.3V and 5V.
DI-1100 USB Data Logger DATAQ Instruments DI-1100 Has 4 differential armored analog inputs.
Electrical Wires Striveday B077HWS5XV 24 gauge solid wire.
Entomological Pins BioQuip 1208S2 Size 2; diameter 0.45 mm.
Filtered 20 uL Pipette Tip Fisher Scientific 21-402-550
Hot Glue Gun with Hot Glue Joann Fabrics 17366956
IR Sensor Adafruit 2167 This is the 3 mm IR version; works up to 25 cm.
Large Clear Vinyl Tubing Home Depot T10007008 Inner diameter 3/8 in; outer diameter 1/2 in; length 20 ft.
Large Magnets Bunting EP654 Low-friction N42 neodymium; diameter 0.394 in; length 0.157 in; holding force 4.9 lb. 
Laser Cutter  Universal Laser Systems  PLS6.75
M5 Hex Nut Home Depot 204274112 Thread pitch 0.8 mm; screw length 20 mm; diameter 5 mm.
M5 Long Iron Screws Home Depot 204283784 Philips pan head; thread pitch 0.8 mm; screw length 20 mm; diameter 5 mm.
M5 Short Iron Screws Home Depot 203540129 Philips pan head; thread pitch 0.8 mm; screw length 10 mm; diameter 5 mm.
Neoprene Rubber Sheet Grainger 60DC16 Length 12 in; width 12 in; depth 1/8in.
Online 3D Modeling Software Autodesk 2019_10_14 Tinkercad.com offers a free account.
Power Adaptor Adafruit 63 9 VDC 1000mA regulated switching; input voltage DC 3.3V 5V.
Small Clear Vinyl Tubing Home Depot T10007005 Inner diameter 1/4 in; outer diameter 3/8 in; 20 ft long.
Small Magnets Bunting N42P120060 Low-friction N42 neodymium; diameter 0.120 in; length 0.060 in; holding force 0.5 lb.
Solderless MB-102 Breadboard  Adafruit 239 830 tie points; length 17 cm; width 5.5 cm; input voltage, DC 3.3 V 5 V.
Sophisticated Finishes Iron Metallic Surfacer Blick Art Supplies 27105-2584
Wire Cutters Target  84-031W

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Krogh, A., Weis-Fogh, T. Roundabout for studying sustained flight of locusts. Journal of Experimental Biology. 29, 211-219 (1952).
  2. Hocking, B. The intrinsic range and speed of flight of insects. Transactions of the Royal Entomological Society of London. 104 (8), 223 (1953).
  3. Chambers, D. L., O'Connell, T. B. A flight mill for studies with the mexican fruit fly. Annals of the Entomological Society of America. 62 (4), 917-920 (1969).
  4. Chambers, D. L., Sharp, J. L., Ashley, T. R. Tethered insect flight: A system for automated data processing of behavioral events. Behavior Research Methods & Instrumentation. 8 (4), 352-356 (1976).
  5. Naranjo, S. E. Assessing insect flight behavior in the laboratory: a primer on flight mill methodology and what can be learned. Annals of the Entomological Society of America. 112 (3), 18 (2019).
  6. Ribak, G., Barkan, S., Soroker, V. The aerodynamics of flight in an insect flight-mill. PLoS ONE. 12 (11), 0186441 (2017).
  7. Pollack, G. S., Martins, R. Flight and hearing: Ultrasound sensitivity differs between flight-capable and flight-incapable morphs of a wing-dimorphic cricket species. The Journal of Experimental Biology. 210, 3160-3164 (2007).
  8. Koehler, C., Liang, Z., Gaston, Z., Wan, H., Dong, H. 3D reconstruction and analysis of wing deformation in free-flying dragonflies. The Journal of Experimental Biology. 215, 3018-3027 (2012).
  9. Behm, J. E., Waite, B. R., Hsieh, S. T., Helmus, M. R. Benefits and limitations of three-dimensional printing technology for ecological research. BMC Ecology. 18, 1-13 (2018).
  10. Sheridan, K. M., et al. Learning in the making: A comparative case study of three makerspaces. Harvard Educational Review. 84, 505-531 (2014).
  11. Khalifa, S., Brahimi, T. Makerspace: A novel approach to creative learning. Institute of Electrical and Electronics Engineers Xplore. 1, 43-48 (2017).
  12. Smay, D., Walker, C. Makerspaces: A creative approach to education. Teacher Librarian. 42, 39-43 (2015).
  13. Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. A simple flight mill for the study of tethered flight in insects. Journal of Visualized Experiments. 106, e53377 (2015).
  14. Reynolds, D. R., Riley, J. R. Remote-sensing, telemetric and computer-based technologies for investigating insect movement: A of existing and potential techniques. Computers and Electronics in Agriculture. 35 (2-3), 271-307 (2002).
  15. Davis, M. A. Geographic patterns in the flight ability of a monophagous beetle. Oecologia. 69, 407-412 (1986).
  16. Taylor, R. A. J., Bauer, L. S., Poland, T. M., Windell, K. N. Flight performance of Agrilus planipennis (Cleoptera: Buprestidae) on a flight mill and in free flight. Journal of Insect Behavior. 23, 128-148 (2010).
  17. Irvin, N. A., Hoddle, M. S. Assessing the flight capabilities of fed and starved Allograpata obliqua (Diptera: Syrphidae), a natural enemy of Asian citrus psyllid, with computerized flight mills. Florida Entomologist. 103 (1), 139-140 (2020).
  18. Minter, M., et al. The tethered flight technique as a tool for studying life-history strategies associated with migration in insects. Ecological Entomology. 43 (4), 397-411 (2018).
  19. Dingle, H., Blakley, N. R., Miller, E. R. Variation in body size and flight performance in milkweed bugs (Oncopeltus). Evolution. 34 (2), 371-385 (1980).
  20. Martini, X., Hoyte, A., Stelinski, L. L. Abdominal color of the Asian citrus psyllid (Hempitera: Liviidae) is associated with flight capabilities. Annals of the Entomological Society of America. 107 (4), 842-847 (2014).
  21. Chen, M., et al. Flight capacity of Bactrocera dorsalis (Diptera: Tephritidae) adult females based on flight mill studies and flight muscle ultrastructure. Journal of Insect Science. 15 (1), 141 (2015).
  22. Guo, J., Li, X., Shen, X., Wang, M., Wu, K. Flight performance of Mamestra brassicae Noctuidae) under different biotic and abiotic conditions. Journal of Insect Science. 20 (1), 1-9 (2020).
  23. Johnson, M. W., Toscano, N. C., Jones, V. P., Bailey, J. B. Modified ultrasonic actograph for monitoring activity of lepidopterous larvae. Proceedings of the Hawaiian Entomological Society. 27, 141-146 (1986).
  24. Cheng, X., Sun, M. A. Wing-kinematics measurement and aerodynamics in a small insect in hovering flight. Scientific Reports. 6, 25706 (2016).
  25. Holland, J. D. Dispersal kernel determines symmetry of spread and geographical range for an insect. International Journal of Ecology. 2009, 4 (2009).
  26. Frouz, J., Kindlmann, P. Source-sink colonization as a possible strategry of insects living in temporary habitats. PLoS ONE. 10 (6), 1-10 (2015).
  27. Ventola, C. L. Medical applications for 3D printing: Current and projected uses. Pharmacy & Therapeutics. 39 (10), 704-711 (2014).
  28. Martí-Campoy, A., et al. Design of a computerized flight mill device to measure the flight potential of different insects. Sensors (Basel). 16 (4), 1-21 (2016).
  29. Dubois, G. F., Vernon, P., Brustel, H. A flight mill for large beetles such as Osmoderma eremita (Cleoptera: Cetoniidae). Saproxylic Beetles. Their Role and Diversity in European Woodland and Tree Habitats. 14, 219-224 (2009).
  30. Webster, M. N., Doner, J. P., Wikstrom, V., Lugt, P. Grease degradation in R0F bearing tests. Tribology Transactions. 50 (2), 187-197 (2007).
  31. Jones, H. B. C., Lim, K. S., Bell, J. R., Hill, J. K., Chapman, J. W. Quantifying interspecific variation in dispersal ability of noctuid moths using an advanced tethered flight technique. Ecology and Evolution. 6 (1), 181-190 (2016).
  32. Walker, M., Humphries, S. 3D Printing: applications in evolution and ecology. Ecology and Evolution. 9 (7), 4289-4301 (2019).
  33. Shahrubudin, N., Lee, T. C., Ramlan, R. An overview of 3D printing technology: technological, materials, and applications. Science Direct. 35, 1286-1296 (2019).
  34. Taylor, R. A. J., Nault, L. R., Styer, W. E., Cheng, Z. B. Computer-monitored, 16-channel flight mill for recording the flight of leafhoppers (Homoptera: Auchenorrhyncha). Journal of the Entomological Society of America. 85 (5), 627-632 (1992).
  35. Nachtigall, W., Hanauer-Thieser, U., Mörz, M. Flight of the honey bee VII: Metabolic power versus flight speed relation. Journal of Comparative Physiology B. 165, 484-489 (1995).
  36. Hardie, J. Flight behavior in migrating insects. Journal of Agricultural Entomology. 10 (4), 239-245 (1993).
  37. Blackmer, J. L., Naranjo, S. E., Williams, L. H. Tethered and untethered flight by Lyrgus Hesperus and Lygus lineolaris (Heteroptera: Miridae). Environmental Entomology. 33 (5), 1389-1400 (2004).

Tags

Engineering flight mill makerspace 3D printing lasersnijden automatisering flight assay
Het bouwen van een verbeterde vluchtmolen voor de studie van vastgebonden insectenvlucht
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bernat, A. Building an Enhanced… More

Bernat, A. Building an Enhanced Flight Mill for the Study of Tethered Insect Flight. J. Vis. Exp. (169), e62171, doi:10.3791/62171 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter