用于昆虫追踪的谐波雷达标签：轻量化、低成本且易于获取

利用追踪设备监测动物活动长期以来一直是研究脊椎动物行为与生态学的标准方法。然而，直到最近，由于必须附着在昆虫身上的追踪设备体积和质量过大，这些追踪技术一直无法应用于昆虫学研究。用于昆虫追踪的技术包括无线电遥测、蓝牙、射频识别（RFID）以及谐波雷达。

在这些方法中，无线电遥测是追踪较大型昆虫最常用的方法。它具有较长的探测距离，并能为每只被追踪的昆虫提供独特的信号，但需要使用昂贵的标签，这些标签的保存寿命和野外使用时间有限，且重量较大，通常至少为150毫克。相比之下，谐波雷达标签的重量至少轻一个数量级，成本低廉，且具备足够的探测范围，可用于在野外追踪多种体型较小的昆虫。

谐波雷达使用收发器，该收发器既发射信号以激发昆虫携带的标签，又接收标签返回的频率倍增信号。我们将演示如何制作两种尺寸的谐波雷达标签，每种标签均由肖特基二极管和镍钛诺丝构成。镍钛诺丝是设计中的关键组件，因为这种金属丝具有柔韧性，可使被标记昆虫相对自由地活动，并且能够轻易恢复至直线状态，从而实现最大信号回传。

我们还将演示使用一款市售的收发器，该设备原本用于野外救援。低成本的标签与市售收发器相结合，使这种昆虫追踪技术对希望研究昆虫行为与生态的昆虫学家而言具有很高的可及性。我们将简要介绍标签的制作、将标签附着于昆虫的方法、对这些标记昆虫的追踪过程，并为您提供一些典型的追踪结果。

以下是制作标签所需的材料，包括两种不同的导线、不同尺寸的二极管，以及多种导电材料。根据我们的经验，银环氧树脂是强度最高且最有效的方法，但也可使用其他材料。此处展示了分别用于小型和大型标签的不同直径的镍钛诺导线。

以下是我们将用于标签的两种不同尺寸的二极管。这些是组装标签所需的工具。3D 打印的夹具将用于导线切割和标签组装。

请注意附带的 3D 打印设计文档。首先，我们将展示大型标签的组装过程。标签组装中的一个关键组件是天线的正确长度，大型标签的天线长度为 8.25 厘米。

测量夹具用于方便且可重复地将导线切割至所需长度。首先，我们将导线用胶带固定在夹具上，保持轻微张力将导线缠绕在夹具上，然后在如图所示的凹槽处切断导线。之后再小心地将导线从圆柱体上取下。

为准备二极管的引线连接，需将二极管封装固定在显微镜上。向后拉开盖子，使用双面胶带取下二极管，确保二极管处于正确方向，电极朝上，以便进行天线键合。将胶带固定在夹具上。

将卡纸平行放置在两侧的二极管旁边，并抚平边缘，以防止天线粘附到胶带上。将导线紧邻二极管对齐，准备连接；在显微镜下，调整导线位置，使其仅接触单个电触点。注意导线不得同时接触两个触点。

将导电材料涂覆于每个触点，确保覆盖触点和导线两部分。注意避免导电材料在各触点之间扩散。根据需要重新涂抹导电材料，以固定每根导线并确保良好的电导性。

接下来，我们将展示如何制作小型标签，该标签使用长度为 4.1 厘米的镍钛诺金属丝。用胶带将金属丝固定在夹具上，注意不要过度拉伸金属丝。将金属丝缠绕在夹具上。

沿着凹槽剪断导线。请注意，每个标签需要两段这种导线。为准备二极管的安装，在夹具上贴上双面胶带。

将二极管转移至胶带上，保持二极管之间适当的间距。在显微镜下，确保二极管的电极朝上，以便于导线与二极管的对齐。根据需要重新调整位置，并确保将其压入胶带以防止移动。

沿二极管贴上单面胶带，以将导线抬升至与触点齐平的高度，并防止导线粘附到底层胶带上。将胶带抚平，并将导线大致放置在二极管附近。在显微镜下，小心地将导线放置在触点上，注意避免导线相互重叠。

理想情况下，您的对齐应呈现如图所示。接下来，将导电材料涂覆于触点和导线上，并确保导电材料不会流动汇聚而淹没二极管平面。在按照所选导电材料的说明指定的适当固化时间完成固化后，您的标签应呈现如下所示的外观。

这里可以看到大号和小号标签。接下来，我们将以昆士兰长角甲虫为例，演示如何将大号标签附着在昆虫上。您将使用多种材料来将标签固定在昆虫上。

我们将使用紫外光固化胶粘剂来演示附着过程。另外两种常用的胶粘剂是氰基丙烯酸酯和热熔胶。首先，固定好甲虫以方便接触附着位置。

在附着部位涂抹一滴粘合剂。调整标签方向，将二极管的电极面朝下放置于胸部。当确认标签位置合适后，使用紫外光从多个不同角度照射，总照射时间为5至10秒，以固化胶水。

接下来，我们将演示如何将小型标签附着于实蝇科果实蝇。这些较小的标签适用于中型或小型昆虫。我们将以瓜实蝇和地中海实蝇为例，展示标签附着的操作过程。

务必将果蝇在4摄氏度下进行麻醉。滴加一滴胶水，并将标签浸入紫外胶中。确保将二极管在胶水中滚动，以保证完全覆盖。

注意防止多余的胶水粘附到导线上。用拇指和食指固定昆虫，使其粘贴部位朝上。将标签定向后沿果蝇胸部背侧纵向放置。

前后移动标签以铺开粘合剂，并确保连接牢固。当对标签的位置满意后，再次使用紫外光固化粘合剂。接下来我们将再次演示标签的粘贴过程。

如果在野外进行此操作，需要避免过量的紫外线照射，以防止胶水在未调整好二极管位置前就固化。在野外可使用冰块对昆虫进行冷藏，而不必将其置于低温房间中。再次强调，在使用紫外线照射固化时，应从多个角度进行照射，以确保连接牢固。

最后，我们将在显微镜下演示地中海实蝇的标签附着过程。将标签放置在胸部的背侧表面，并用紫外光固化。此处展示了标签附着后昆虫的示例。

需要注意的是，标签的位置可防止昆虫通过清洁行为将其移除，并且似乎有助于维持平衡飞行。对于果蝇，我们发现靠近质心处进行横向粘附似乎会导致飞行抑制，可能破坏果蝇的平衡。在标签粘附后，必须充分测试昆虫的飞行能力。

通常通过在飞行管中进行测试来完成。此处展示的是果蝇起飞的代表性示例，表明这些果蝇具备飞行能力。请注意，果蝇能够自由活动，且似乎基本不受标签的妨碍。

接下来，我们将演示大型标签的工作过程。请注意收发器与标签对齐时发出的声音。在这里，您可以看到附有标签的甲虫。

接下来，我们将演示大标签的感应范围。在约30米处可以检测到较强的信号，最大距离约为60米。

小型标签的通信距离要短得多。在约10米范围内可检测到较强的信号。信号强度还受收发器与标签相对方向的影响。

当标签与收发器对齐时，我们获得最强信号。然而，若将收发器旋转90度，此时标签与收发器不再对齐，信号将变得微弱甚至完全消失。检测距离和标签尺寸可能是昆虫追踪标签中最重要的两个特性。

本文展示了本视频中制备的大尺寸和小尺寸标签的最大检测距离的代表性结果。每种尺寸的标签均在开阔场地中测试了10个。在野外条件下，标签与收发器之间的未对准以及植被干扰通常会降低检测距离。

根据我们的经验，在树木或大田作物环境中工作时，我们假设较大标签的检测距离约为10米，较小标签的检测距离为5米。最后，我们希望分享一项使用QLB进行的代表性追踪研究的结果。该研究旨在调查昆士兰长角甲虫的移动行为，因为目前对于成年甲虫在自然环境中活动范围的了解仍十分有限。

由于甲虫具有隐蔽性，若无谐波雷达等追踪技术，很难在环境中找到它们。本研究在夏威夷大岛的一片 kukui 树林中进行。研究过程中，多只甲虫被标记并释放。

这是一只甲虫在五天内的移动路径示例。请注意，该甲虫被追踪到多种地点，包括高大的库库伊树上和枯叶中。这是本研究的一个重要发现。

QLB 具有很强的隐蔽性，农民经常询问这些甲虫在树木周围藏身于何处。通过追踪单个 QLB，我们发现甲虫通常隐藏在干枯的叶片中，因此难以被发现。在本方案中，我们展示了如何制备两种尺寸的谐波雷达标签。

此外，我们展示了如何使用紫外固化胶将这些标签附着于昆虫，并演示了信号检测范围。该方案经过优化，可利用最少的专业实验设备，快速制备大量低成本的高分辨率标签。此外，具备在解剖显微镜下操作物体经验的研究人员均可顺利实施本方案。

我们建议先从较大的标签开始，以掌握操控二极管和涂布导电胶的技术，之后再尝试制作更小的标签。感谢观看，希望本视频对您有所帮助。如果您有任何问题，欢迎随时与我们联系。