Abstract
radyo özellikli dijital elektronik cihazların yükselişi de uçuş böcek davranışlarını incelemek için küçük kablosuz nöromüsküler kaydediciler ve uyarıcıların kullanımı teşvik etti. Bu teknoloji bu protokolü açıklanan yaşayan bir böcek platformu kullanarak bir böcek-makine hibrid sisteminin geliştirilmesini sağlar. Ayrıca, bu protokol ve sistem konfigürasyonu zincirlenmemiş böcek uçuş kaslarının fonksiyonunu değerlendirmek için ücretsiz bir uçuş deneysel prosedürler sunar. gösteri için, kontrol ve uçan böcek sol veya sağ dönüm elde etmek için üçüncü aksiller sclerite (3AX) kas hedef. Ince gümüş tel elektrot böceği her tarafta 3AX kası üzerine yerleştirildi. Bunlar kablosuz sırt çantası çıkışlarına bağlı idi (yani, bir nöromusküler elektrik uyarıcısı) böceği Fosilden üzerine monte edilmiş. kas (sol veya sağ) stimülasyon tarafını alternatif veya stimulatio değiştirilerek serbest uçuşta uyarıldıN frekansı. kas uyarılır ve giderek artan sıklıkta bir kademeli tepki sergiledi zaman böceği ipsilateral tarafa döndü. implantasyon süreci ve 3 boyutlu hareket yakalama kamera sistemi hacim kalibrasyonu, sırasıyla kas zarar ve işaretleyici izini kaybetmemek için dikkatli yürütülen gerekir. serbest uçuş ilgi uçuş kas fonksiyonlarını ortaya çıkarmak için yardımcı olur Bu yöntem, böcek uçuşu incelemek için son derece faydalıdır.
Protocol
1. Çalışma Hayvan
- Arka bireysel Mecynorrhina torquata böcekleri ahşap pelet yatak ile ayrı plastik kaplarda (6 cm, 8 g).
- Her böceği şeker jöle (12 ml) 3 günde bir fincan besleyin.
- sırasıyla 25 ° C ve% 60 balık yetiştirme oda sıcaklığı ve nem tutun.
- ince tel elektrotlar implante önce her böceğin uçuş kapasitesini test edin.
- Yavaşça havaya bir böcek atmak. böceği 5 ardışık denemeler için daha uzun 10 saniye uçabilir ise böceği normal uçuş yetenekleri olduğu sonucuna varıldı ve sonraki uçuş deneyleri için kullanır. koyu hale getirmek için odadaki tüm ışıkları kapatın, böceği hatırlamak için. Bu uçuş sonlandırmak böceği neden olur.
Not: Havaya salınan zaman bir böcek kendiliğinden uçup başlar. Böyle Şekil 1 (16 x 8 x 4 m gösterildiği gibi büyük bir kapalı bir odada uçuş deneyler daha iyidir3), havada açarken bir uçan böcek hareket çok hızlı (yaklaşık 3-5 m / sn) ve büyük arklar çizer olarak.
- Yavaşça havaya bir böcek atmak. böceği 5 ardışık denemeler için daha uzun 10 saniye uçabilir ise böceği normal uçuş yetenekleri olduğu sonucuna varıldı ve sonraki uçuş deneyleri için kullanır. koyu hale getirmek için odadaki tüm ışıkları kapatın, böceği hatırlamak için. Bu uçuş sonlandırmak böceği neden olur.
2. Elektrot İmplantasyon
- 1 dakika 13,16,20-24 için CO 2 ile dolu bir plastik kapta koyarak böceği uyutmak.
- 10 saniye sıcak suya batırarak diş balmumu yumuşatın. ahşap blok üzerinde anestezi böceği yerleştirin ve yumuşatılmış diş balmumu ile hareketsiz. Diş balmumu doğal soğutur ve birkaç dakika içinde katılaşır.
- 25 mm uzunlukta kesilmiş yalıtımlı gümüş teller (127 mikron çıplak çapı, perfloroalkoksi ile kaplanmış 178 mikron çapında) implantasyon için ince tel elektrotlar kullanmak için.
- Her bir hattın her iki ucundan da yalıtkan alev ile çıplak gümüş 3 mm Açığa.
- Bir SMA oluşturmak için ince uçlu bir makas kullanarak böceğin manikür üst yüzeyini teşrihmetepisternum (Şekil 2c) yaklaşık 4 x 4 mm ll penceresi. Not: Şekil 2c gösterildiği gibi bir yumuşak kahverengi renkli manikür sonra, maruz kaldığı - e. 3AX kas yumuşak manikür altında yer almaktadır.
- Pierce, iki deliği (Şekil 2d) ile 2 mm arasında bir mesafede olan bir böcek pin (boyut 00) kullanarak maruz kalan kahverengi kütikül iki delik açın.
- dikkatli bir şekilde deliklerden (adım 2.4 hazırlanan bir aktif ve bir dönüş elektrotları dahil) iki kaynak teli yerleştirin ve 3 mm'lik bir derinliğe her 3AX kas içine implant.
- implante elektrotları Güvenli ve delikler üzerine eritilmiş balmumu bırakarak temas ve kısa devreyi önlemek için bir yerde tutun. Gerekirse, bir sıcak havya ucuyla balmumu dokunarak manikür üzerinde balmumu yeniden akar. balmumu hızla katılaşır ve implantasyon güçlendiriyor.
Not: implantasyon doğru ise, pancar elitra kontrol etmek içinle elektrik stimülasyonu sırasında 3AX kas hareketini gözlemlemek için kaldırılabilir.
3. Kablosuz Sırt Çantası Meclisi
Not: sırt çantası yerleşik radyo mikrodenetleyici 4 katmanlı FR-4 gemide (1.6 x 1.6 cm 2) oluşuyordu. sırt çantası, bir lityum polimer microbattery (3,7 V, 350 mg, 10 mAh) tarafından tahrik edildi. pil içeren sırt toplam kütlesi böceği (10 g vücut ağırlığı olan% 30) yük taşıma kapasitesine az 1.2 ± 0.26 g'dır. sırt çantası kablosuz iletişimleri almak için önceden programlanmış ve iki çıkış kanalı vardı.
- Fosilden yüzeyini temizleyin çift taraflı bant kullanarak (manikür balmumu katmanı kaldırmak). Ardından, çift taraflı bant bir parça böceğinin Fosilden üzerinde sırt çantası takın.
- sırt çıkışlarına yerleştirilen elektrotlar uçlarını bağlayın.
- fo işaretleyici üretmek için microbattery etrafında yansıtıcı bant sarınr hareket yakalama kameraları tespit etmek için.
- yansıtıcı bant hareket yakalama kameraları tarafından tespit edilebilir ve böylece çift taraflı bant bir parça kullanarak sırt çantası üstüne microbattery takın.
4. Kablosuz Kontrol Sistemi
Not: Bu durumda, terim kablosuz kontrol sistemi uzaktan kumanda için bir alıcı içerir, özel uçuş kontrol yazılımı çalıştırmak için bir dizüstü bilgisayar, bir baz istasyonu, sırt çantası ve hareket yakalama sistemi.
- USB portları ile dizüstü bilgisayara uzaktan kumandanın baz istasyonu ve alıcıyı bağlayın.
- Hareket yakalama sistemi açın ve bir Ethernet portu üzerinden dizüstü bilgisayara bağlayın.
- Tamamen hareket yakalama alanı kapsayacak şekilde (motion capture sistemi satıcı şirket tarafından sağlanan) Kalibrasyon değnek sallayarak ses ayarı yapın.
- laptop masaüstünden hareket yakalama yazılımını açın. Tıklayın ve drag "Kaynaklar" paneli "Sistem" menüsündeki tüm kameraları seçin.
- "3D Perspektif" menüsünü tıklayın ve kamera görünümüne geçmek için "Kamera" seçeneğini seçin. kalibrasyon ayarı göstermek için "Araçlar" panelinde "Kamera" sekmesine tıklayın. kameralardan gürültüyü ortadan kaldırmak için "Kamera Maskeler oluşturma" menüsünde "Başlat" düğmesini tıklayın ve gürültü mavi maskeli sonra sonra "Dur".
- Tıklayın ve "Wand" menüsünde ve "Kamera" sekmesinde "L-Frame" menüsünden "5 Marker Wand & L-Frame" i seçin. 2,500 "Wand Sayısı" olarak ayarlayın, "Kalibre Kameralar" menüsünde "Başlat" a tıklayın ve tüm hareket yakalama uzayda kalibrasyon değnek dalga. asa sayısı 2.500 ulaştığında kalibrasyon işlemi durdurulur.
- ( "Araçlar" panelinin "Kamera" sekmesinin altındaki) görüntü hatası daha yüksek 0,3 f ise kalibrasyon işlemi tekrarlayınveya herhangi bir kamera. ayarladıktan sonra hareket yakalama alanı ortasında yere değnek koymak ve hareket yakalama alanı kökenini belirlemek için "Set Volume Origin" menüsünde "Başlat" a tıklayın.
- Hareket yakalama uzayda bir kullanıcı tarafından salladı bir işaretleyici hareket yolunu kaydetmek ve işaretleyici algılanır ve izlenir olmadığını teyit etmek için bir kukla testi kullanılarak motion capture sistemi kapsama kontrol ediniz. işaretleyici sık algılama sırasında kesilirse kukla testi başarılı oluncaya kadar, hacim kalibrasyonunu tekrarlayın.
- "Araçlar" panelinde "Yakalama" sekmesine tıklayın ve daha sonra kendi yörüngesini kaydetmek için tüm hareket yakalama uzayda örnek işaretleyici sallayarak önce "Yakalama" menüsünde "Başlat".
- Kayıttan sonra, üzerine tıklayın marker konumlarını yeniden ve kayıt kalitesini kontrol etmek için "Yeniden İnşa boru hattı çalıştırır".
- microb terminallerini bağlayınattery sırt çantası güç pinlerine (adım 3.4 sırt çantası takılı).
- dizüstü bilgisayar ve özel uçuş kontrol yazılımını kullanarak sırt çantası arasında kablosuz iletişimi test. yazılım üzerinde "Başlat" komutunu tıklayın ve görüntülenen bağlantı durumunu kontrol edin.
5. Serbest Uçuş Denemesi
- 16 x 8 x 4 m 3 boyutlarında bir uçuş arenada ücretsiz bir uçuş deneyi yürütmek.
- Giriş uçuş kontrol yazılımı (voltaj, darbe genişliği, frekans ve stimülasyon süresi) uygun parametreler. Not: gösteri için, 3 msn, 3 V darbe genişliği gerilimini sabit ve stimülasyon süresi 1 sn ve 60 ila 100 Hz frekansı değişiyordu.
- "Gerilim" kutusuna 3 V yazılım ekranında, tip 3, "Uyarım Süresi" kutusuna 1.000 msn, "Genişlik Pulse" kutusuna 3 ms için 3 1.000, ve Hz istenen frekansta " frekans "kutu on komut penceresi.
- o uçuş arenada içinde serbestçe uçmak için izin havaya sırt çantası monte böceği bırakın. böceği hareket yakalama alanı girdiğinde manuel stimülasyon tetikler. Basın uzaktan kumanda üzerindeki uygun komut düğmesi (Sol veya Sağ) böceğinin sağ veya sol taraftaki hedef kas uyarmak için.
Not: düğmesine basıldığında, dizüstü bilgisayar üzerinde çalışan uçuş kontrol yazılımı komutu oluşturur ve sırt çantası gönderir. sırt çantası sonra (sağ veya sol tarafta) faiz kas elektriksel uyaran verir. - stimülasyon sırasında gerçek zamanlı olarak böceğin tepkisini gözlemleyin ve 3D grafik yazılımı kullanarak veri yeniden.
- "Böcek Display" penceresinin veri listesinde kayıtlı çalışmaların birini seçin ve analiz klasörüne bu araştırmanın verileri kopyalamak ve 3D grafik modülü çalıştırmak için "İhracat Panda" tıklayın.
- Basın "N"Klavye kaydedilen yörünge ile uyaran sinyalini birleştirmek. Basın Vurgulanan uyarım dönemleri ile böceği yörüngesini gösterir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Elektrot yerleştirme işlemi Şekil 2'de sunulmuştur ince gümüş tel elektrotlar kas (Şekil 2d - e) yumuşak manikür deldi küçük deliklerden böceği 3AX kasına implante edildi.. Bu yumuşak manikür metepisternum ön kısmını çıkardıktan sonra sadece basalar kas apodema üzerinde bulunan (Şekil 2d - c). Elektrotlar daha sonra balmumu (Şekil 2f) kullanılarak güvence altına alınmıştır.
Şekil 3 bozulmamış bir böceği kullanarak bir böcek-makine hibrid sistemi oluşturulması için prosedürler göstermektedir. Şekil 2, 3AX kasta, 2 Şekiller ve (örneğin faiz kas içine ince metal teller (stimülasyon elektrotlar) yerleştirilmesi için yöntemler göstereceğim 3b ) Bu çalışmada kullanılan veBir böceğin Fosilden bir sırt çantası monte. Tellerin serbest uçları elektriksel sırt çantası (Şekil 3c) entegre mikroişlemcinin giriş / çıkış pinlerine bağlanmıştır sırt çantası jumper konnektörüne deliklere içine yerleştirildi. Son olarak, bir microbattery monte edildi ve microbattery güç kablosu mikrodenetleyici zemin ve pozitif besleme terminallerine lider buji konnektörüne deliklere bağlandı.
Kablosuz kontrol sistemi kullanıcı uzaktan kumanda (Şekil 4c) bir komut düğmesi, dizüstü bilgisayar (Şekil 4d) uçuş kontrol yazılımı presler Şekil 4. Gösterildiği üretir ve kablosuz tabanına yoluyla sırt çantası komutu gönderir istasyonu (Şekil 4b). Hareket yakalama sistemi (Şekil 4e) pancarı konumunu (X, Y, ve Z) algılarle ve bir zaman damgası ile işaretler. Bu veriler daha sonra dizüstü bilgisayara beslenir ve uçuş kontrol yazılımı stimülasyon sinyalleri ile veri senkronize eder.
Örnek dönüş kontrol sonuçları Şekil 5'te gösterilmiştir. 3AX kas aktivasyonu böylece serbest uçuşta ipsilateral tur atması gereklidir böceği ile sonuçlanan aynı tarafta 13 kanat atım amplitüdünde bir düşüşe neden olduğu bulunmuştur. Sol veya sağ 3AX kas 13 uyarıldı zaman böceği ipsilateral tarafa döndü 3AX kasın elektrik stimülasyonu benzer bir etki göstermiştir. Böceğin dönüm oranı uyarılması frekansın bir fonksiyonu olarak derecelendirildi.
Şekil 1:. Ücretsiz uçuş arena düzenlemesi ücretsiz bir uçuş arena içine düzenlenmiştiriki parça: Kontrol alanı (x 4 m 3 3,5 x 8) ise hareket yakalama alanı (implantasyon kiti (mikroskop ve diseksiyon araçları) ve kontrol kabini (bilgisayar, kablosuz baz istasyonu ve kamera kontrolörü) kurmak için kullanıldı 12.5 x 8 x 4 m 3) böceğinin konumunu (X, Y, ve Z) kaydetmek için 20 yakın kızıl ötesi kamera ile kaplıydı. Uçuş arena 30 aydınlatma panelleri (60 x 60 cm 2, 48 W) deney sırasında gündüz şartlarında o kadar parlak hale getirmek için ile donatılmıştır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2:. Elektrod implantasyonu için Prosedür böceği anestezi ve implantasyon işlemi için bir ahşap blok üzerinde diş balmumu ile immobilize edildi. (A <-strong> c) küçük bir pencere 3AX kas erişmek için böceğinin metepisternum açıldı. Bir böcek pin kullanılarak (d), 2 mm'lik bir mesafe ile iki delik 3AX kas taşımaktadır, iç üst deri ile ilgili delinmiş. (E) elektrotlar bu delikleri ile kas içine sokulur ve cımbızla yerde tutuldu hiçbir karışma ipuçları arasında yaşanan emin olmak için. . (F - g) elektrotlar daha sonra balmumu kullanarak böceği tespit edildi , bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3:., Sağlam bir böceği kullanılarak bir böcek-makine hibrid sistemi üretmek için Prosedür (a) Canlı bir böcek ilgi kas yerleştirildi witgümüş tel elektrot ha çifti. (B) balmumu ile elektrotlar giderdikten sonra, biz çift taraflı bant kullanarak böceği Fosilden üzerine sırt çantası monte edilebilir. (C) Elektrotların serbest uçları, sırt çantası çıkışları yerleştirilir ve micropin başlıkları ile tespit edildi. Yansıtıcı bant ile kaplıydı (d) microbattery, çift taraflı bant ve sırt çantası güç pinlerine bağlı. Kullanarak sırt çantası üzerine monte edildi , bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4:. Ücretsiz bir uçuş deney için kablosuz sistem kablosuz sistem (a) cyborg böceği, (b) kablosuz baz istasyonu, (c oluşur (d), Bluetooth alıcısı ile bir çalışma dizüstü bilgisayar takılı, ve (e) 3D hareket yakalama sistemi. Kullanıcı uzaktan komut düğmesine bastığında, laptop özel uçuş kontrol yazılımı USB portundan dizüstü takılı olan bir baz istasyonu vasıtasıyla cyborg böceği kablosuz stimülasyon komutu gönderir. sırt çantası komutunu aldıktan sonra, o kas uyaran bir elektriksel uyarı sinyali üretir. Aynı zamanda, hareket yakalama sistemi 3D böceği koordinatları ve uyarım verileri ile senkronizasyon için dizüstü bunları besleyen kaydeder. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 5: beetl davranışıe (a) böcek sola veya sağa 3AX kas uyarıldı zaman ipsilateral tarafa döndü. serbest uçuşta 3AX kasının elektriksel stimülasyon nedeniyle, ve dönme hareketi stimülasyon frekansın bir fonksiyonu olarak derecelendirildi. (B) sol veya sağ 3AX kas sırayla uyarıldı uçan böceği zikzak yolu. Uyaran parametreleri 3 V bir genlik vardı, 3 milisaniye bir darbe genişliği ve 60-100 Hz frekans. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
. Şekil 6: (a) üç işaretlerini kullanarak böceği Yapılandırma 3D yönünü (rulo, zift ve yaw) izlemek için önerilen işaretleyici setleri, (b) dörtbelirteçler, ve (c) beş belirteçler. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
bu deney güvenilirliğini etkileyen olarak implantasyon süreci önemlidir. Elektrotlar 3 mm böceği (yakın kas temas kaçınarak) boyutuna bağlı olarak ya da daha az bir derinlikte de kas içine yerleştirilmelidir. Elektrotlar yakın kasları dokunursanız, istenmeyen motorlu eylem ve davranışlar yakın kasların kasılması nedeniyle oluşabilir. iki elektrot iyi hiçbir kısa devre meydana sağlamak için aynı hizada olmalıdır. erime ve bir havya kullanarak balmumu yeniden düzenlenerek zaman Deneyciler dikkatli olmak ve kas kas bir arızaya yol, yüksek sıcaklıklarda uzun süreli temas ile yanmış olabilir, çünkü mümkün olduğunca çabuk lehim vardır. kütikül kaldırma 3AX kas erişmek için gerekli olmasına rağmen, ekleme ve mühürleme işlemi daha az bir dakika sürer ve kas hasarı en aza indirmek başardı. böcekler deneyler sonrasında yetiştirme odasına döndü ve hayatta olabilir3 ay daha (onların yaşam süresi sonu) kadar. böceği, böcek beslenen ve birçok ardışık (40 ila 50) uçuş denemeden sonra böcek yorgun olabilir gibi her 20 ardışık denemeden sonra 4 saat için 3 dinlenmeye bırakılır ve açmak mümkün olmayabilir gerektiğini iyi performansını korumak için kanatları.
bu yörünge izleme doğruluğunu etkiler olarak ücretsiz bir uçuş deney için olduğu gibi, hareket yakalama sistemi için ses kalibrasyon gereklidir. Hareket izleme sisteminin doğruluğunu korumak için kameraların tümü için 0.3'ten bir görüntü hata ile kalibrasyon değnek dalgaların tam kameraların görünümünü doldurmak için önemlidir. Buna ek olarak, marker yüzeyi temiz olmalı, veya 3D hareket yakalama sistemi sık sık işaretleyici kaçırabilir. Kalibrasyon sonra, bir kukla testi hareket yakalama sisteminin kapsama kontrol etmek için tanımlanmış hacimde yansıtıcı bant sarılır pili sallayarak yapılmalıdır. test içinHareket izleme doğruluğu, biz uçuş arenada hareket eden iki belirteçlerin mesafe ölçülür. işaretleri birbiriyle 200 mm'lik bir mesafe ile mukavva üzerine sabitlendi. Yönetim Kurulu, iki belirteçlerin çeşitli pozisyonlarda elde etmek için tüm uçuş arenada taşındı. standart sapma daha sonra 1.3 mm (n = 3000) olduğu hesaplandı.
Ücretsiz bir uçuş test tesisi (Şekil 1 ve 4) bize bir zaman damgası ile birlikte uçan böceğin konumunu (X, Y, ve Z) izlemenize olanak sağlar. sadece tek bir işaretleyici böceği ve 3D hareket yakalama sisteme bağlı olduğundan, sadece o işaretleyici tespit böceği bir parçacık veya bir kitle noktası olarak kabul edilir. Bunun gibi, uçan böceği veri konumsal bilgi var ama yönünü yoksun. Bu nedenle, böceğin konumsal veri kinematik analiz X, Y boyunca sadece öteleme hız ve ivme sağlar ve Z açısal hız veya açısal ivme olmadan eksenleriyaw, eğim ve dönüş eksenleri etrafında dönmeler. Bir böceği sabit Çoklu belirteçler bir katı cismin ve kayıt rotasyon ve çeviri verileri gibi uçan böcek tedavisi için 3D hareket yakalama sistemi için kullanılmalıdır (örneğin Şekil 6'da gösterildiği gibi). işaretleyici bant küçük bir parça değil ama yeterince büyük asgari izleme kaybı ile kamera sistemi tarafından tespit edilmesi gerektiğinden Ancak, Deneyciler, bir uçan böceği kinetiği bu belirteçlerin katkısı dikkate almak zorundadır. Böyle bir düzenleme ve çoklu belirteçlerin eki önemli ölçüde kütle ve atalet 25 anı artırabilir. Ayrıca, uçuş arena boyutu böceği ücretsiz bir uçuş davranışına kısıtlamaları azaltmak için hareket takip sistemi kapsamı aralığında mümkün olduğunca büyük ayarlanabilir. Bu kağıtlar için, uçuş arena boyutu hareket yakalama sistemi (12.5 x 8 x 4 m 3) maksimum kapsama dayalı tanımlanır almaktadır.
örneğin., Aynı tarafta dönüş 13 için kontralateral dönüş 7 ve 3AX kas için basalar kas. Buna ek olarak, bir böceğin sinir sistemindeki bazı belirli kısımları çeşitli etkiler neden olabilir. Anten uyarılmasının bir yürüyüş böcek 12 kontralateral dönüm uyarabilir ise optik lob uyarımı, uçuş inisiyasyon 7 neden olabilir. Ayrıca, doğal davranış 3,26 sırasında böceğin faaliyetleri kayıt için elektromiyografi kaydedici bir elektrik stimülatörü olmaktan sırt çantası işlevini değiştirebilirsiniz.
Böceğin ücretsiz bir uçuş uyarımı ortaya koymak ve enabli tarafından 3AX kas doğal işlevi onaylamak için yardımcıBöcek serbestçe havada hareket ani reaksiyon ng gözlemler. Bu tür bilgiler gergin koşullar 11,13,27-30 altında kullanılamaz. bir böcek davranışı gergin koşullar altında sınırlanmıştır ve büyük olasılıkla, böcek davranışlarını yanlış anlaşılması için gerekli olan, serbest uçuş bu farklı olabilir. Böylece, bu tekniği kullanarak ücretsiz bir uçuş uyarım gergin deneylerden alınan hipotezleri doğrulamak için güçlü bir araçtır. Bundan başka, bir böcek-makine hibrid sistem mevcut yapay lokomotif yetenekleri ve güç tüketimi 13,17,31,32 açısından robotlar çırpma üstündür.
Onlar yaşayan bir böceğin karmaşık ve esnek bir yapıya ve lokomotif yetenekleri miras ve üretim sürecinin üretim süresini azaltmak gibi böcek-makine hibrid sistemler gelecekte yapay robotlar yerini alabilir. Çeşitli lokomotif yetenekleri daha çalıştırmak için bir böcek-makine hibrid sistemi yardımcı olabilirverimli kurtarma görevlerinde, yürüyüş ve uçan, örneğin kombinasyonu içeren kısıtlı alanlarda. doğal böcek koloniler karışmasına muktedir ve faaliyetlerini kontrol etmek için yardımcı olabilir Buna ek olarak, böcek-makine hibrid sistemler potansiyel tarımda böcek kontrolü için bir araç olarak kullanılabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Mecynorrhina torquata beetle | Kingdom of Beetle Taiwan | 10 g, 8 cm, pay load capacity is 30% of the body mass Aproval of importing and using by Agri-Food and Veterinary Authority of Singapore (AVA; HS code: 01069000, product code: ALV002). |
|
| Wireless backpack stimulator | Custom | TI CC2431 micocontroler The board is custom made based on the GINA board from Prof. Kris Pister’s lab. The layout of GINA board can be found at https://openwsn.atlassian.net/wiki/display/OW/GINA |
|
| Wii Remote control | Nintendo | Bluetooth remote control to send the command to the operator laptop | |
| BeetleCommander v1.8 | Custom. Maharbiz group at UC Berkeley and Sato group at NTU | Establish the wireless communication of the backpack and the operator laptop. Configure the stimulus parameters and log the positional data. Visualize the flight data. | |
| GINA base station | Kris Pister group at UC Berkeley | TI MSP430F2618 and AT86RF231 | |
| Motion capture system | VICON | T160 | 8 cameras for a flight arena of 12.5 m x 8 m x 4 m |
| Motion capture system | VICON | T40s | 12 cameras for a flight arena of 12.5 x 8 x 4 m |
| Micro battery | Fullriver | 201013HS10C | 3.7V, 10 mAh |
| Retro reflective tape | Reflexite | V92-1549-010150 | V92 reflective tape, silver color |
| PFA-Insulated Silver Wire | A-M systems | 786000 | 127 µm bare, 177.8 µm coated, 3 mm bare silver flame exposed at tips |
| SMT Micro Header | SAMTEC | FTSH-110-01-L-DV | 0.3 mm x 6 mm, bend to make a 3 mm long slider to secure the electrode into the PCB header. |
| Beeswax | Secure the electrodes | ||
| Dental Wax | Vertex | Immobilize the beetle | |
| Insect pin | ROBOZ | RS-6082-30 | Size 00; 0.3 mm Rod diameter; 0.03 mm tip width; 38 mm Length Make electrode guiding holes on cuticle |
| Tweezers | DUMONT | RS-5015 | Pattern #5; .05 mm x .01 mm Tip Size; 110 mm Length Dissecting and implantation |
| Scissors | ROBOZ | RS-5620 | Vannas Micro Dissecting Spring Scissors; Straight; 3mm Cutting Edge; 0.1 mm Tip Width; 3" Overall Length Dissecting and implantation |
| Potable soldering iron | DAIYO | DS241 | Reflow beeswax |
| Hotplate | CORNING | PC-400D | Melting beeswax and dental wax |
| Flourescent lamp | Philips | TL5 14W | Light the entire flight arena with 30 panels (60 x 60 cm2). Each panel has 3 lamps. 14 W, 549 mm x 17 mm |
References
- Kutsch, W., Schwarz, G., Fischer, H., Kautz, H. Wireless Transmission of Muscle Potentials During Free Flight of a Locust. J. Exp. Biol. 185 (1), 367-373 (1993).
- Fischer, H., Kautz, H., Kutsch, W. A Radiotelemetric 2-Channel Unit for Transmission of Muscle Potentials During Free Flight of the Desert Locust, Schistocerca Gregaria. J. Neurosci. Methods. 64 (1), 39-45 (1996).
- Ando, N., Shimoyama, I., Kanzaki, R. A Dual-Channel FM Transmitter for Acquisition of Flight Muscle Activities from the Freely Flying Hawkmoth, Agrius Convolvuli. J. Neurosci. Methods. 115 (2), 181-187 (2002).
- Sanchez, C. J., et al. Locomotion control of hybrid cockroach robots. J. R. Soc. Interface. 12 (105), (2015).
- Sato, H., et al. A cyborg beetle: insect flight control through an implantable, tetherless microsystem. IEEE 21st International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, , 164-167 (2008).
- Bozkurt, A., Gilmour, R. F., Lal, A. Balloon-Assisted Flight of Radio-Controlled Insect Biobots. IEEE Trans. Biomed. Eng. 56 (9), 2304-2307 (2009).
- Sato, H., et al. Remote Radio Control of Insect Flight. Front. Neurosci. 3, (2009).
- Daly, D. C., et al. A Pulsed UWB Receiver SoC for Insect Motion Control. IEEE J. Solid-State Circuits. 45 (1), 153-166 (2010).
- Maharbiz, M. M., Sato, H.
- Tsang, W. M., et al. Remote control of a cyborg moth using carbon nanotube-enhanced flexible neuroprosthetic probe. 2010 IEEE 23rd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), , 39-42 (2010).
- Hinterwirth, A. J., et al. Wireless Stimulation of Antennal Muscles in Freely Flying Hawkmoths Leads to Flight Path Changes. PloS ONE. 7 (12), (2012).
- Whitmire, E., Latif, T., Bozkurt, A. Kinect-based system for automated control of terrestrial insect biobots. Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2013 35th Annual International Conference of the IEEE, , 1470-1473 (2013).
- Sato, H., et al. Deciphering the Role of a Coleopteran Steering Muscle via Free Flight Stimulation. Curr. Biol. 25 (6), 798-803 (2015).
- Erickson, J. C., Herrera, M., Bustamante, M., Shingiro, A., Bowen, T. Effective Stimulus Parameters for Directed Locomotion in Madagascar Hissing Cockroach Biobot. PLoS ONE. 10 (8), e0134348 (2015).
- Zhaolin, Y., et al. A preliminary study of motion control patterns for biorobotic spiders. Control & Automation (ICCA), 11th IEEE International Conference, , 128-132 (2014).
- Feng, C., Chao, Z., Hao Yu, C., Sato, H. Insect-machine hybrid robot: Insect walking control by sequential electrical stimulation of leg muscles. Robotics and Automation (ICRA), 2015 IEEE International Conference, , 4576-4582 (2015).
- Cao, F., et al. A Biological Micro Actuator: Graded and Closed-Loop Control of Insect Leg Motion by Electrical Stimulation of Muscles. PLoS ONE. 9 (8), e105389 (2014).
- Zhao, H., et al. Neuromechanism Study of Insect-Machine Interface: Flight Control by Neural Electrical Stimulation. PLoS ONE. 9 (11), e113012 (2014).
- Tsang, W. M., et al. Flexible Split-Ring Electrode for Insect Flight Biasing Using Multisite Neural Stimulation. IEEE Trans. Biomed. Eng. 57 (7), 1757-1764 (2010).
- Barron, A. B. Anaesthetising Drosophila for behavioural studies. J. Insect Physiol. 46 (4), 439-442 (2000).
- Cooper, J. E. Anesthesia, Analgesia, and Euthanasia of Invertebrates. ILAR Journal. 52 (2), 196-204 (2011).
- Miller, T. A. Insect neurophysiological techniques. , Springer Science & Business Media. (2012).
- Leary, S., et al. AVMA guidelines for the euthanasia of animals. , (2013).
- Heath, B., West, G., Heard, D., Caulkett, N. Mobile Inhalant Anesthesia Techniques. in Zoo Animal and Wildlife Immobilization and Anesthesia. , Blackwell Publishing Ltd. 75-80 (2008).
- Mischiati, M., et al. Internal models direct dragonfly interception steering. Nature. 517 (7534), 333-338 (2015).
- Kutsch, W., Berger, S., Kautz, H. Turning Manoeuvres in Free-Flying Locusts: Two-Channel Radio-Telemetric Transmission of Muscle Activity. J. Exp. Zoolog. Part A Comp. Exp. Biol. 299 (2), 139-150 (2003).
- Wang, H., Ando, N., Kanzaki, R. Active Control of Free Flight Manoeuvres in a Hawkmoth, Agrius Convolvuli. J. Exp. Biol. 211 (3), 423-432 (2008).
- Sato, H., Maharbiz, M. M. Recent developments in the remote radio control of insect flight. Front. Neurosci. 4, (2010).
- Tien Van, T., et al. Flight behavior of the rhinoceros beetle Trypoxylus dichotomus during electrical nerve stimulation. Bioinsp. Biomim. 7 (3), 036021 (2012).
- Sane, S. P., Dickinson, M. H. The control of flight force by a flapping wing: lift and drag production. J. Exp. Biol. 204 (15), 2607-2626 (2001).
- de Croon, G. C., et al. Design, aerodynamics and autonomy of the DelFly. Bioinsp. Biomim. 7 (2), 025003 (2012).
- Ma, K. Y., Chirarattananon, P., Fuller, S. B., Wood, R. J. Controlled Flight of a Biologically Inspired, Insect-Scale Robot. Science. 340 (6132), 603-607 (2013).
