构建增强型飞行转盘以研究昆虫束缚飞行

本方案可用于利用创客空间技术（如激光切割机和3D打印机）构建一种经济实惠且性能增强的飞行转盘。激光切割机和3D打印机能够处理复杂的设计，因此您可以轻松地根据实验需求定制并复制飞行转盘。在创客空间中制作亚克力支撑结构时，请打开合适的矢量图形编辑软件，在RGB模式下创建文件，设置线宽为0.0001点，其中RGB红色用于切割线，RGB蓝色用于边缘线。

作为预防措施，请按照图示设计曲线键。遵循创客空间关于激光切割机启动、使用和维护的指导规范。在激光切割软件中，选择材料为塑料，材料类型为亚克力。

为获得更高的精度，使用卡尺测量材料厚度，并将测得的厚度值输入到材料厚度参数栏中。将材料放入打印机腔体内并切割出曲线键。使用该曲线键确定曲线宽度，然后根据需要，在激光切割有机玻璃支撑结构之前，对有机玻璃支撑设计中的所有狭缝和孔洞尺寸进行曲线补偿。

要打印塑料支撑结构，请点击“3D设计”和“创建”以建立新设计。如需复制本研究中精确的3D打印设计，请下载压缩文件3D_Prints.zip，并将该文件夹移至桌面。

打开文件夹。在在线 3D 建模程序的工作网页界面中，点击“导入”并从文件夹中选择所有 stl 文件。如需自行创建设计或对现有设计进行修改，请参考该网站提供的教程。

进行修改并将新设计导出为 stl 文件。要获得设计的镜像，请单击对象，按 M 键，然后选择与对象宽度对应的箭头。进行 3D 打印时，双击 3D 打印切片软件图标，然后选择要打印的对象文件。

选择打印设备和机型以选定3D打印机，双击移动图标以调整物体位置。单击平台，确保模型位于平台之上。然后单击移动并居中，将物体放置在构建区域的中心。

当物体准备就绪后，单击“打印”以将打印文件保存为 gx 文件。接下来，根据标准操作规程校准3D打印机的挤出机，并确认打印耗材充足。当所有物体均完成修改后，将gx文件传输至3D打印机，并打印所有支撑结构和增强部件。

每次打印时，请检查耗材是否牢固地粘附在打印平台上。本设计共需3D打印八个线性导轨、16个线性导轨滑块、12至20个螺钉、15个十字连接支架、16个磁体固定座、16个管支撑件、16个短型线性导轨支撑件以及16个长型线性导轨支撑件。组装亚克力侧壁后，将一段30毫米长的塑料管插入每个单元顶部的管支撑件中，再将一段15毫米长的塑料管插入底部的管支撑件中。

将一段14毫米长的塑料管插入上方的管中，将一段20毫米长的塑料管插入下方的管中，确保管之间有足够的摩擦力，使管子能够固定就位，即使拉动内管也不会上下滑动。如果任何管段发生变形，将变形的管段浸入沸水中一分钟，然后在毛巾上将其矫直，并在将矫直后的管段插入管中前使其材料恢复至室温。在每个磁体支撑架中放入两个低摩擦钕磁铁和一段内管。

将内管牢固地插入每个磁体支撑中，确保磁体及磁体支撑所受重力不足以使材料从内管中脱落。检查每对磁体是否相互排斥。将线性导轨滑块均朝上放置，滑入线性导轨中，并将线性导轨及其滑块垂直插入外侧竖直壁的窗口内。

使用两个短直线导轨支架、两个长直线导轨支架、四个10毫米长的铁螺钉、两个20毫米长的铁螺钉以及两个六角螺母，将一条直线导轨固定到位。为构建摆动臂，将19号非磁性皮下注射钢质细管粘接到移液器吸头轴上，并将两个低摩擦钕磁铁粘接到摆动臂的弯曲端，以固定涂有金属的昆虫用于飞行实验。在摆动臂未弯曲的一端包裹一小片铝箔，作为配重旗，并用于阻断从红外传感器发射器传向接收器的红外光束。

安装红外传感器和数据记录仪时，将红外传感器发射器置于上线性导轨块内，使光束发射端朝下，同时将红外传感器接收器置于下导轨块内，使其朝上。为在飞行试验中通过磁力将昆虫固定于飞行磨臂上，需先将磁性涂料涂抹于昆虫前胸背板，静置干燥至少10分钟。待涂料完全干燥后，将昆虫固定在飞行磨臂的磁铁上。

固定最多八只昆虫后，点击飞行分析软件中的“文件”和“记录”，在第一个弹出窗口中选择记录文件的保存位置，确保文件名包含记录组编号和通道字母，然后点击“确定”。在下一个弹出窗口中，输入预期的飞行记录时长。当昆虫就位后，点击“确定”开始记录。记录结束后，按 Ctrl+S 键以完成文件保存。

要创建事件标记注释，请单击通道编号，然后单击“编辑”并选择“插入带注释的标记”，使用进入腔室的新昆虫的编号定义注释，然后单击“确定”，并将昆虫装入腔室。将WDH记录文件转换为文本格式，并按事件标记注释拆分文本文件后，打开 Flight_scripts 文件夹中生成的 trough_diagnostic.png 文件，检查所有记录在均值标准化区间的最小和最大电压值变化下是否均保持稳定。

如果记录无误，请设置所有用户参数，然后保存并运行 flight_analysis.py 脚本。如果脚本运行成功，昆虫对应的编号、通道以及计算出的飞行统计结果将在 Python Shell 中显示。

相关信息的 flight_stats_summary.csv 文件也将在 flight_scripts 目录的 data 文件夹中的 Python Shell 中输出打印。这些代表性飞行数据是于 2020 年冬季通过实验获得的，实验中使用采自佛罗里达州的野外红棕象甲（J Hemmat Aloma）作为模型。

在本组试验中，所有通道的飞行数据均被成功记录，无噪声或中断现象。然而，在本次分析中，第三通道的记录信号丢失，电压立即降至零伏，可能原因是导线交叉或导线松动所致。如本试验所观察到的，飞行磨臂每旋转一圈所产生的波谷诊断数据较为显著，表明这些数据与文件的平均电压存在较大偏离。

在此分析中，随着均值附近标准化区间的增大，所识别出的波谷数量变化很小，表明电压噪声极小且标准化准确。相比之下，此次飞行中的波谷要么过于敏感，要么存在极端的电压噪声，这些噪声并未显著偏离文件的平均电压。因此，随着均值附近标准化区间的增大，其波谷数量显著减少。

个体飞行行为可进一步划分为四种飞行类别：爆发式飞行、由爆发式转为持续飞行、由持续转为爆发式飞行以及持续飞行。因此，使用者可利用此图形输出结果，在个体轨迹存在独特差异的情况下，仍能评估并识别出一般的飞行行为模式。可测试的昆虫数量越多，该领域对昆虫运动方式的理解途径就越丰富。

这些方法还鼓励生态学家使用新兴技术，以便他们能够自行构建工具。