Eine präzise und autonomen System zur Erkennung von Insekten entstehen Muster

Summary

Messung von Insekten entstehen Muster ist Präzision gefragt. Bestehenden Systeme sind nur semi-automatischen und Probe Größe begrenzt ist. Wir behandelten diese Themen durch die Gestaltung eines Systems mit Mikrocontrollern, um die Zeit der Entstehung einer großen Zahl von aufstrebenden Insekten genau zu messen.

Abstract

Bestehende Systeme, Insekten entstehen Muster zu messen haben Einschränkungen; Sie sind nur teilweise automatisiert und begrenzt die maximale Anzahl der aufstrebenden Insekten, die sie erkennen können. Um präzise Messung von Insekten auftauchen zu erhalten, ist es notwendig für Systeme zur semi-automatischen und in der Lage, große Anzahl von aufstrebenden Insekten zu messen sein. Wir adressiert diese Probleme durch entwirft und baut eine System, die ist automatisiert und Entstehung von bis zu 1200 Insekten messen kann. Wir haben das bestehende "fallen-Ball" System mit Arduino-Mikrocontroller zur Erhebung von Daten zu automatisieren und erweitern Sie die Größe der Stichprobe über mehrere Datenkanäle verändert. Mehrere Datenkanäle ermöglichen dem Benutzer, nicht nur ihre Probengröße zu erhöhen, aber auch für mehrere Behandlungen in einem einzigen Experiment gleichzeitig ausgeführt werden können. Darüber hinaus haben wir ein R-Skript, um die Daten als ein Blasendiagramm automatisch zu visualisieren, bei der Berechnung auch der mittlere Tag und Zeit der Entstehung. Das derzeitige System wurde entworfen mit 3D-Druck, so dass der Benutzer das System für verschiedene Arten von Insekten angepasst werden ändern kann. Das Ziel dieses Protokolls ist, wichtige Fragen in der Chronobiologie und Stress Physiologie, mit dieser präzise und automatisierten System zu Insekten entstehen Muster messen zu untersuchen.

Introduction

Das Timing der terrestrische Insekt Aufkommen im experimentellen Einstellungen genau zu messen ist notorisch schwierig und erfordert ein gewisses Maß an Automatisierung. In der Vergangenheit wurden verschiedene Mechanismen entwickelt mit entweder ein "fallen-Ball"-Prinzip, mit fallenden Kugeln und Sensoren oder eine "Bang-Box" mit einem Trichter-Art System^1,2,3. Es gibt zwei Einschränkungen mit bestehenden Designs: (1) die Datenerhebung ist nur teilweise automatisiert und (2) Stichprobengröße oder beschränkt sich die Anzahl der aufstrebenden Insekten, die erkannt werden können. Diese Probleme verringern Sie die Genauigkeit der Datenerfassung, die zum Studium Timing der Bewegungsapparate bzw. Entstehung Muster wichtig ist. Wir adressiert diese Probleme durch die Entwicklung eines Systems, das ist automatisiert und nicht begrenzt durch die Größe der Stichprobe, ermöglicht dem Anwender entstehen Rhythmen als Reaktion auf ökologische Signale besser zu visualisieren.

Unser System ist eine Verbesserung gegenüber dem fallenden Kugel-Prinzip, die neueste, das Version von denen Infrarot-Sensoren verwendet, um Insekten entstehen im sechs-Minuten-Schritten²erkennen. Unser System noch Infrarot-Sensoren verwendet, sondern beinhaltet auch ein Arduino-Mikrocontroller um Datum und Uhrzeit jeder Entstehung Veranstaltung auf die Sekunde genau aufzuzeichnen. Daten werden automatisch zu einer sicheren digital (SD)-Karte, die als durch Trennzeichen getrennte Datei zur Analyse exportiert werden können. Die Analyse erfolgt automatisch, mithilfe eines benutzerdefinierten R-Skripts, die grafische Darstellung der Daten als ein Blasendiagramm und identifizieren Sie die mediane Zeit und Tag der Entstehung.

Mehrere Kanäle ermöglichen dem Anwender mehr Flexibilität bei der Datenerfassung. Zum Beispiel unsere mehrere Channel-Design nicht nur minimiert die Auswirkungen eines "verstopft" Sensors, sondern kann auch verwendet werden, um Probe zu vergrößern. Darüber hinaus erlauben mehrere Kanäle dem Benutzer, Anwendungen auf bestimmte Kanäle zu benennen, so dass sie gleichzeitig in einem Experiment ausgeführt werden können. Alle sechs Kanäle ermöglicht ca. 1200 neue Bienen in einem einzigen Experiment erfasst werden. Nach unserer Kenntnis Dies ist die größte Stichprobengröße von jedem aktuellen System messen Insekten entstehen und hat uns erlaubt, feinskaligen entstehen Muster in Reaktion auf ökologische Hinweise zu beobachten. Schließlich unser System profitiert von der Tatsache, dass die Mehrheit der Teile 3D gedruckt. Dadurch entsteht genau dimensionierte Bauteile, das verringert die Wahrscheinlichkeit von Fehlern auftreten (z. B. Detektor Verstopfung) während des Betriebs. Es ermöglicht auch für die Anpassung für andere Forschungssysteme.

Das Ziel dieses Protokolls ist es, benutzerdefinierte Build, die eine präzise und automatisierte System zur Messung von Insekten entstehen, zu untersuchen, in der Chronobiologie und Stress Physiologie zu Fragen. Dieses System wurde und wird weiterhin sein, kritisch bei der Untersuchung von unbeantworteten Fragen im Zusammenhang mit Insekten entstehen Muster in Reaktion auf ökologische Hinweise. Hier beschreiben wir die Montage und die Verwendung für Entstehung Erkennung der Luzerne Blatt-Schneiden Biene, Megachile Rotundata in Labor-basierte experimentelle Einstellungen. Das System ist automatisiert mit Hilfe eines programmierbaren Mikrocontrollers und anpassbare mit 3D gedruckte Teile. Gedruckte Regale halten im Ort Röhrchen mit Biene Nest Zellen nach einem Metall BB. Bei der Entstehung ist Metall BB aus dem Rack, ein Infrarot-Sensor, Aufnahme, das Datum und die Zeit der Entstehung auf eine SD-Karte auf der Durchreise befreit. Das aktuelle Design ist optimiert für M. Rotundata, aber mit geringfügigen Anpassungen für andere Arten von Insekten angepasst werden könnte.

Protocol

(1) Systembau

1. Mit PLA Filament, drucken Sie die folgende Anzahl an Teilen für jeden Kanal gebaut: 1 Kollektor Verteiler (collector_manifold.stl), 1 Endkappe (end_cap.stl), 6 Plattform unterstützt (platform_support.stl), 4 Rohr Rack Grundplatten (base_plate.stl) und 4 Tube Rack Planscheiben (face_plate.stl). Vergewissern Sie sich, dass Drucker Bett ist groß genug, um ein Element vor dem Drucken drucken. Alle *.stl-Dateien sind in ergänzende Daten zur Verfügung.
2. Verwenden Sie mit 3 Plattform unterstützt und eine 33 x 30 cm Stück Wellpappe Plastik Heißkleber zusammenzubauen 2 Rohr Rack Plattformen pro Kanal gebaut, wie in Abbildung 2dargestellt. Die gewellte Kunststoff kann auf der einen Seite an jeder Ecke zu biegen gewertet.
3. Elektronik in der Sammler-Verteiler zu installieren.
   1. Löten Sie einen 120 Ω Widerstand an der Anode (längere Bein) sowohl die Infrarot-Strahler Infrarot-Detektor und ~ 5 cm Länge 22 GA Draht beide Kathoden. Benutzen Sie verschiedene Farben der Drähte um Verwechslungen in späteren Schritten.
   2. Einsetzen Sie den Detektor vorsichtig in eine Steckdose von der Sammler-Verteiler (in Abbildung 3blau markiert) und der Emitter der zweiten Buchse (rot hervorgehoben). Beide Komponenten sollte gemütlich passen.
   3. Füttere die Detektor-Drähte durch die Verkabelung Kanal (in Abbildung 3gelb hervorgehoben) und ziehen Sie alle vier Drähte durch die Zugangsöffnung (grün markiert). Stellen Sie sicher, dass keine blanken Drähte berühren mit Heißkleber an Stelle befestigen.
   4. Löten Sie alle vier Drähte auf eine RJ45 Buchse (Ethernet), mit der hinteren Reihe der Stifte. Beide Anoden sollten die am weitesten links Pin, der Kathode des Senders mit dem am weitesten rechts Pin und die Kathode des Detektors entweder der Mitte Pins (Abbildung 4) gelötet werden.
   5. Sichern Sie die RJ45-Buchse über die Sammler vielfältigen Zugangsöffnung (in Abbildung 3grün markiert) mit Heißkleber, sicherzustellen, dass keine blanken Drähte im Inneren der vielfältigen berühren.
4. Fallende Kugel Sammler (1 pro Kanal gebaut) zu konstruieren, wie in Abbildung 5 dargestellt
   1. Verwenden Sie mit einer Endkappe ein kabelgebundene Kollektor Verteiler und einen 24 x 30 cm-Ausschnitt aus Wellpappe Kunststoff Heißkleber an um der Unterseite des Geräts (rot, grün und hell grau Komponenten der Abbildung 5) zu verbinden.
5. Verwenden Sie eine 8 x 27 cm Ausschnitt aus Wellpappe Kunststoff, eine fallende Kugel-Rampe an den Kollektor (dunkle graue Komponente der Abbildung 5) hinzuzufügen. Die Ende Kappe und Sammler vielfältigen Designs gehören leisten um korrekte Platzierung zu gewährleisten. Überprüfen Sie für einen reibungslosen Übergang von der Rampe an den Sammler zu Staus während des Gebrauchs zu vermeiden.
6. Konstruieren Sie den zentralen Prozessor für das System (siehe Abbildung6).
   1. Drucken Sie eine benutzerdefinierte Leiterplatte für Systemaufbau. Alle Dateien, die erforderlich für PCB Tafeldruck stehen in ergänzenden Daten.
   2. Löten Sie weibliche Header auf die Durchgangsbohrungen für folgenden Anlagen beschriftet: Arduino Nano, Temp, Uhr, Modul SD und Flüssigkristall-Display (LCD) Bildschirm (unbeschriftete 2 x 5 Durchgangsbohrung Bereich in der oberen linken Ecke der Platine).
   3. Snap-in und sechs RJ45-Buchsen an der unteren Kante der Platine zu löten.
   4. Lot sechs 470 k Ohm Pulldown Widerstände in der Durchgangsbohrung Websites befindet sich direkt über den RJ45-Buchsen.
   5. Arduino Nano, DHT-Temperatur und Luftfeuchte-Sensor, Uhr und SD-Modul auf der Platine einbauen. DHT-Temperatur-und Feuchtigkeitssensor sollte vor Gebrauch in Experimenten auf Richtigkeit geprüft werden.
   6. Ein Band 10-Connector-Kabel an den LCD Bildschirm Stecker von der Platine anschließen. Löten Sie das andere Ende des Drahtes Band auf dem LCD-Bildschirm, so dass die Bildschirm-Pins an den Arduino Pins entsprechen, wie in Abbildung 4. Weitere Details zur Verkabelung von LCD sind an https://Learn.adafruit.com/character-lcds/wiring-a-character-lcd erhältlich.
7. System-Programmierung
   1. Downloaden Sie und installieren Sie die neueste Version von der Arduino IDE für das richtige Betriebssystem aus www.arduino.cc.
   2. Installieren Sie bei der ersten Verwendung Arduino-Bibliotheken für die Real Time Clock (github.com/adafruit/RTClib) und der Temperatur/Luftfeuchte-Sensor (github.com/adafruit/DHT-sensor-library). Stellen Sie die Uhr auf die aktuelle Ortszeit mithilfe des ds1307-Skripts mit der Bibliothek enthalten.
   3. Laden Sie das System Arduino Skript, ergänzende Daten zur Verfügung.

2. die Systemnutzung

1. Montieren Sie das System, wie in Abbildung 7dargestellt. Für jeden Kanal verwendet wird sollte eine fallende Kugel-Kollektor (montiert in Schritt 1.4) auf beiden Seiten durch eine Rack-Plattform (montiert im Schritt 5.1) flankiert werden. Verwenden Sie Verpackungsklebeband Stücke zusammen zu halten und eine glatte, abgerundete Kante auf der Rack-Plattform zu schaffen.
2. Konfigurieren Sie die ungenutzten Kanäle um falsche positive Signale zu vermeiden. Da das System stützt sich auf ein low-Signal, ein Ereignis (Infrarot-Detektor nicht Empfang eines Signals von der Infrarot-Strahler) zu erkennen, müssen die ungenutzten Kanäle entsprechend konfiguriert werden, um falsche positive Signale zu vermeiden. Dies kann durch zwei verschiedene Arten erreicht werden.
   1. Deaktivieren Sie ungenutzten Kanäle in der Software durch die Schlaufen der ungenutzten Kanäle entsprechend auskommentieren. In Arduino IDE, kann dies durch Hinzufügen von "/ *" vor unnötigen Schleifen und "* /" an ihrem Ende.
   2. Deaktivieren Sie die ungenutzten Kanäle durch eine einfache Hardware-Unterkunft. Einfach Löten Sie Drähte #6 und #8 (in der Regel die braunen und solide grüne Massivdrähten eines handelsüblichen Cat 6 Kabel) zusammen und stecken Sie in die leere RJ45-Buchse auf den zentralen Prozessor.
3. Last und Ort Rohr Racks unmittelbar vor der Ausführung eines Tests.
   1. Stellen Sie sicher, dass alle Löcher einen 0,5 mL Microcentrifuge Schlauch mit der Kappe entfernt enthalten und die Rohre fest sitzen.
   2. Füllen Sie jedes Rohr mit einem Insekt Brutzelle pupal Fall oder Kokon, ein Airsoft Pellet und schließlich einem Metall BB. Sicherstellen Sie, dass die flachen Seite (GAP) die Brutzelle in Richtung der Airsoft Pellet und Metall BB gegenübersteht. Befestigen Sie die Tube Rack Frontblende mit der abgerundeten Kante in Richtung zur Unterseite des Racks mit ¼ Zoll Nylonschrauben.
   3. Ort Rohr Racks auf die Rack-Plattform, mit der Öffnung in Richtung Kollektor fallenden Kugel nach. Regale sollten am äußersten Rand der Plattform platziert werden, so dass eine Metall BB in den Kollektor frei fallen kann, ohne Prellen gegen einen anderen Teil der Struktur (Abbildung 7). Wenn das Rack platzieren, beginnen Sie mit der Öffnung nach oben und drehen Sie dann vorsichtig in Ort, um sicherzustellen, dass Metall BBs nicht freigegeben werden. Die Regale sind so konzipiert, dass die Rohre leicht nach hinten neigen werden, wenn richtig platziert, reduziert die unbeabsichtigte Freisetzung von Metall BBs.
4. Legen Sie eine SD-Karte in den Adapter und starten Sie dann den zentralen Prozessor von der Arduino und das andere Ende in einen entsprechenden USB-Adapter einen Micro-USB-Stecker einstecken. Das LCD-Display zeigt Zahlen eins bis sechs, wenn Sie bereit sind. Drop eine einzige Metall BB in der Kugel-Sammler von jedem Kanal und beobachten für die entsprechende Anzahl auf dem Bildschirm angezeigt werden und die richtige Uhrzeit am unteren Rand des Bildschirms angezeigt.
   1. Wenn die Uhrzeit nicht angezeigt wird, wiederholen Sie die Schritte 1.6.3 und 1.6.4 die Uhrzeit neu einstellen.
   2. Wenn der Test Metall BB nicht erfasst wird, ist der Kollektor gesperrt. Sichtkontrolle für Verstopfung und das System neu starten.
   3. Wenn ein Kanal "ein Ereignis jede Sekunde zählt", bedeutet dies, dass der Kanal nicht richtig angeschlossen ist. Überprüfen Sie alle Verbindungen und starten Sie das System neu.

3. Experimentieren Sie Ende und Datenanalyse

1. Nach der Entstehung (siehe Ergebnisse und Abbildungen 8 und 9 für Beispiele der Zeitskala), schalten Sie das Gerät durch Ziehen des Arduino beendet ist. Regale können zerlegt und für die Wiederverwendung gereinigt.
2. Während des Experiments werden Daten auf der SD-Karte in eine durch Trennzeichen getrennte Datei (CSV) zugänglich von der Programmiersprache R. Verwenden Sie die SD-Karte zur Datenübertragung auf den Computer und RStudio, Blase Grundstücke der Daten automatisch zu generieren.
   1. Ereignis-und Temperatur werden in der gleichen Datei für die Integrität der Daten gespeichert. Daher muss einige Verarbeitung vor der Analyse abgeschlossen werden. Importieren Sie die Komma durch Trennzeichen getrennte Datei in ein Tabellenkalkulationsprogramm. Spalten, I und J sind das Datum und die Zeit der Entstehung für Bienen; machen sie Spalten A und B durch Ausschneiden und Einfügen von Spalten A-E in eine zweite Tabelle, und speichern Sie als eine separate Datei, dies ist die Temperaturdaten.
   2. Titelspalte A mit "Date" und Spalte B "Time" und Sortieren der Daten nach Spalte A dann nach B. Speichern als CSV. Datei.
   3. Downloaden Sie und installieren Sie die neueste Version von der RStudio aus https://www.r-project.org/. Hilfe bei der Benutzung von RStudio für das Hochladen und analysieren von Daten finden Sie hier unter https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.html.
   4. Mit dem R-Skript in den ergänzenden Daten verfügbar, die Daten in RStudio hochladen. Ändern Sie das Ziel der Arbeit im R-Skript entsprechend wo Excel *. CSV-Datei befindet. Führen Sie das Skript und wählen Sie die Datendatei zu analysieren. Geben Sie in die R-Konsole "plot". Das Blasendiagramm befinden sich in der Arbeit Ziel namens "High-Res;" benennen Sie diese Datei als hochauflösende Tiff (300 dpi)-Datei speichern.

Results

Entstehung von M. Rotundata ist asynchron ohne Exposition gegenüber einer ökologischen Cue mit Entstehung auftretenden gleichmäßig im ganzen Tag⁴. Allerdings wird, wenn ein Rechtecksignal Thermoperiod (4° C Thermoperiod) ausgesetzt, Entstehung synchron zum Thermophase^4,5. Dieses Ergebnis ist ähnlich wie bei anderen Studien wo Insekten wurden gefunden, um Thermoperiod Hinweise zu verwenden, entstehen, einschließlich Fleisch Fly Sarcophaga Crassipalpis⁶, die Zwiebel Fliege Delia Atiqua⁷ und dem Boll Weevil regulieren Anthonomus Grandis Grandis⁸. Eine Studie hat gezeigt, dass Stress während der Entwicklung die Synchronität der Erwachsenen entstehen in S. Crassipaplpis⁹beeinflusst. Hier präsentieren wir Ihnen Ergebnisse von M. Rotundata , die während der Entwicklung, um die Hypothese zu testen, dass diese Behandlung die Desynchronisation der Erwachsenen Entstehung führt zu einem Stress ausgesetzt waren.

Erfolgreich ausgeführt

Der Benutzer sollte das LCD-Display sehen Sie vor dem Öffnen des Inkubators, um sicherzustellen, dass Insekten nicht mehr entstehen. Nach Abschluss des Experiments die SD-Karte entfernt und die Daten können als durch Trennzeichen getrennte Datei als ein Blasendiagramm visualisiert werden in RStudio exportiert werden, wie oben beschrieben. Abbildung 8 zeigt Biene Entstehung unter einer 4 ° C Thermoperiod nach Exposition gegenüber einem kalten Stress während der Entwicklung. Das rote Fadenkreuz zeigt die mittlere Zeit und Tag der Entstehung und der Name der Datei lautet der Titel. Diese R-Skript verwendet werden, um die Daten zu visualisieren, aber sollte nicht als die einzige Analyse dienen. Um entstehen als Reaktion auf eine ökologische Cue zu analysieren, die Daten für Rhythmik analysiert werden können (Siehe Analyse).

Komplikation

Wenn ein Sensor mit Metall BBs verstopft ist, ist das Fehlen eines Signals immer wieder gezählt, was zu mehreren falschen Datenpunkten. Abbildung 9 zeigt das gleiche Dataset dargestellt in Abbildung 8, aber mit einem der sechs Kanäle verstopft mit BBs, daher die große Blase im Diagramm erstellen. Im Falle eines verstopften Sensors können Daten aus diesem Kanal leicht aus der Analyse entfernt. Mit mehreren Kanälen in einem Experiment ist vorteilhaft bei der Minimierung der Auswirkungen eines verstopften Sensors.

Analyse

Datenanalyse für die Präsenz der Synchronisation erfolgt durch die Berechnung "Parameter R," eine skalare Statistik, die angibt, wenn entstehen rhythmische oder arrhythmischen^10,11,12. Dies geschieht durch Berechnung der höchsten Anzahl an junge Menschen in einem 8-Stunden-Fenster Division dieser Zahl durch die Anzahl der Erwachsenen entstehen außerhalb des 8-Stunden-Fensters, dann multipliziert mit 100. Alle Individuen, die sich sollten gebündelt werden, um die Anzahl der aufstrebenden Erwachsene für jede Stunde des Tages berechnen. Die theoretische Reichweite des Parameters R liegt zwischen 0 (alle Entstehung tritt innerhalb des Gates) und 200 (Entstehung ist gleichmäßig über den Tag verteilt)¹⁰. R Werte < 60 gelten rhythmische Entstehung, 60 < R < 90 sind schwach rhythmisch, und R > 90 sind arrhythmischen. R-Werte > 150 zeigen gleichmäßige Verteilung der Entstehung¹⁰. Abbildung 8 zeigt die Entstehung ist rhythmisch mit Parameter R = 20,21 < 60. Da diese Art von Daten rund um eine sich wiederholende 24-Stunden-Uhr verteilt wird, müssen kreisförmige Statistiken für eine robustere Analyse (in Bennett Et Al., 2018⁵ausführlich beschrieben) eingesetzt werden. Dies kann erreicht werden, durch kreisförmige Statistik-Pakete zur Verfügung, für RStudio (Paket "Rundschreiben"-CRAN. R-Project.org).

Abbildung 1: Additive hergestellten Komponenten. PLA Filament, 3D Drucken die benötigten Teile für das System. Für jeden Kanal gebaut benötigten Teile sind 1 Kollektor Verteiler (grün), 1 Endkappe (rot), 6-Plattform unterstützt (Orange), 4 Rohr rack Grundplatten (lila) und 4 Rohr Rack Planscheiben (gelb). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: Tube Rack Plattform Montage. Verwenden Sie Heißkleber zusammenzubauen zwei Rohr Rack Plattformen pro Kanal gebaut. Verwenden Sie drei Plattform unterstützt (in Orange dargestellt) mit einem Ausschnitt aus Wellpappe Kunststoff (grau dargestellt). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3: Collector vielfältigen Röntgen. Legen Sie ein Infrarot-Detektor in eine Steckdose des Sammlers (blau dargestellt) und der Emitter der zweiten Buchse (rot dargestellt). Füttern Sie die Detektor-Drähte durch die Verkabelung Kanal (gezeigt im gelb) und ziehen Sie alle vier Drähte durch die Zugangsöffnung (grün markiert). Stellen Sie sicher, dass keine blanken Drähte berühren mit Heißkleber an Stelle befestigen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4: Anschluss Verkabelung. Schaltplan für die RJ45-Buchse vor der Anbringung an das Sammler-mannigfaltige, wie von der Unterseite der Buchse und der Verdrahtung Tabelle für den Anschluss des LCD-Bildschirms an den zentralen Prozessor gesehen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 5: Ball Kollektor Montage. Mit einer Endkappe (rot dargestellt), einen Kollektor Verteiler (grün dargestellt) und ein 24 x 30 cm Stück Wellpappe Plastik (in hellgrau dargestellt) montieren Sie die Schale der Kugel Sammler Versammlung. Verwenden Sie eine 8 x 27 cm Stück Wellpappe Plastik (in dunkelgrau dargestellt), um eine Rampe hinzuzufügen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 6: zentrale Prozessor PCB-Board. Die Platine für den zentralen Prozessor besteht aus einer Unterschicht (grün dargestellt), einer Deckschicht (in rot dargestellt) und eine Siebdruck-Schicht (in blau dargestellt). Löten Sie weibliche Header alle Pass-Through-Löcher, mit Ausnahme derjenigen für die RJ45-Buchsen (unten) und die Pulldown-Widerstände (direkt über den RJ45-Pads). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 7: Endmontage. Bei der Benutzung sollte das Gerät auf beiden Seiten des jeden Ball-Collector verwendet wird mit einer Rohr-Rack-Plattform montiert werden. Rohr-Racks mit angehängten Faceplates sollte positioniert werden, so dass sie am äußersten Rand der Tube Rack Plattform, reduzieren die fallenden BBs abprallen von der Vorrichtung. Der Fußabdruck der zusammengebaute Vorrichtung ist ca. 25 cm x 35 cm, mit einer Höhe von 20 cm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 8: Diagramm eines typischen experimentellen Laufs nach der Verarbeitung in R. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 9: Diagramm eines Experiments, die einen verstopften Detektor litt, wie gezeigt durch die relativ große Blase am Tag 4. Verstopfte Kanal kann von der Analyse, und bewahrt somit die Restpunkte Daten entfernt werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Discussion

Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll für die Montage und Nutzung eines Systems, das ermöglicht eine präzise Messung des zeitlichen Verlaufs der Insekten entstehen. Dieses System löst zwei Probleme, die bisherige Ausführungen beschränkt: Teilautomatisierung und begrenzten Stichprobe-Größe. Wir lösen diese Probleme durch die Automatisierung der Datenerfassung mit Mikrocontrollern, die auch ermöglicht, Stichprobenumfang erhöhen, indem Sie mehrere Kanäle. Das aktuelle Design hat sechs Kanäle, die insgesamt 1200 Bienen halten können. Zusätzliche Kanäle können addiert oder subtrahiert, bei Bedarf, die nicht nur für erhöhte Stichprobengröße, sondern auch gleichzeitig untersucht die Auswirkungen von mehreren Behandlungen. Wichtige Schritte, Modifikationen, Einschränkungen und zukünftige Anwendungen werden nachfolgend erläutert.

Der einzige Teil des Systems, die nicht automatisiert ist lädt die Racks mit Brutzellen, Metall BBs und Airsoft Pellets zu Beginn des Experiments. Obwohl die Regale so konzipiert sind, so dass sie lehnen sich zurück leicht zu verhindern, dass Metall BBs fallen, wenn die Regale stehen aufrecht, Pflege sind zu ergreifen wenn die Racks platziert, die unbeabsichtigte Freisetzung von Metall BBs zu verhindern. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Regale sind bündig mit der Kante des Regals, so deckt sich die fallende Flugbahn des Metall BB mit der Start-und Landebahn. Zu guter Letzt Blatt Schutt ergibt sich aus der Start-und Landebahn abgewischt werden, und das Fahrwerk hält den Metall BBs aus früheren Experimenten sollten gelöscht werden, um zu verhindern, blockieren des Sensors. Daten werden automatisch auf eine SD-Karte als CSV-Datei aufgezeichnet, und das Skript ist so geschrieben, dass die Arduino nicht ausgeführt werden, es sei denn, eine SD-Karte vorhanden ist. Die Datendatei wird in RStudio und visualisiert mit dem zuvor genannten R-Skript manuell importiert. Dieses Skript wird automatisch die Daten als ein Blasendiagramm grafisch darstellen und identifizieren Sie die mediane Zeit und Tag der Entstehung. Das Arduino-Drehbuch Ereignisdaten bis zum Ende der Datei anhängen, die Datenverlust bei Stromausfall verhindert. Dies bedeutet jedoch auch, dass sobald die SD-Karte Daten entnommen ist, alle Dateien vor der nächste Versuch gelöscht werden soll.

Änderungen an den SketchUp-Dateien können vorgenommen werden, um die Größe der Regale für Insekten in verschiedenen Größen, mit verschiedenen großen Röhren in den modifizierten Racks verwendet wird. Darüber hinaus ist die Größe des Airsoft Pellet wichtig, weil es verhindert, dass das Insekt verlassen das Rohr und Pellets in verschiedenen Größen sowie erforderlich sein. Eine Vielzahl von Änderungen kann an das R-Skript zum Ändern der Darstellung von der Blase Grundstücke und andere graphische Parameter erfolgen.

Wir reduziert das Risiko von Fehlalarmen durch das Schreiben eines Entprellung-Codes, der jeder Kanal für eine Sekunde, nachdem eine Metall ist BB erkannt und verhindert eine einzige Metall BB als mehrere Datenpunkte gezählt wird deaktiviert. Obwohl dies die Möglichkeit, einen Datenpunkt wird verfehlt schafft, wenn viele Bienen auf einmal entstehen, sondern die Tatsache, dass die Kanäle unabhängig sind verringert dieses Risiko. Eine weitere Einschränkung des aktuellen Systems ist, dass einzelne Datenpunkte sind nicht erkennbar, d. h. eine fallende Metall BB keine Rückschlüsse auf eine bestimmte Person. Darüber hinaus das aktuelle System misst Entstehung aber nicht Bewegungsapparate Rhythmen in M. Rotundata, aber Bewegungsapparate Rhythmen in Arten messen würde wo Entstehung und Bewegungsapparate gleichbedeutend sind. Schließlich ist das aktuelle Design nicht wetterfest, Begrenzung seiner Verwendung in kontrollierten Umgebungen.

Zukünftige Anwendungen gehören die Auswirkungen der anderen abiotischen und biotischen Umwelt Hinweise für Timing-Entstehung von M. Rotundata. Darüber hinaus da Insekten unterschiedliche Umgebungen belegen, variieren relevanten ökologischen Cues zwischen den Arten. Daher ist Aufnahme von mehr Insektenarten wichtig zu ermittelnden wie zirkadianen Systeme über Taxa entwickelt. Wenig ist bekannt über Entwicklungsbedingungen wie das Timing der Erwachsenen Entstehung beeinflussen; Daher kann unser System verwendet werden, zu entschlüsseln, die Auswirkungen der Behandlungen entstehen. Darüber hinaus Kombinationen von ökologischen Cues Insekt Antworten beeinflussen können, damit zukünftige Experimente aufzunehmen mehrere ökologische Hinweise um ihre relativen Auswirkungen auf die Entstehung zu verstehen. Zu guter Letzt Einsatz im Feld zu beobachten wie natürliche Einstellungen vermitteln entstehen Rhythmen von Interesse ist. Die einfache Handhabung dieses Systems und seine einzigartige Kombination von additiven Fertigung, Open-Source-Programmierung und beobachtbaren biologische Merkmale machen es ein Kandidat für die Verwendung in einer Bildungseinrichtung.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
PLA-Druckerfilament	www.lulzbot.com	verschiedene	Katalognummer variiert je nach Farbe
0,5 mL Mikrozentrifugenröhrchen	www.daigger.com	EF4254C
4,5 mm Größe "bb" Metallpellets	www.amazon.com	B00419C1IA	Daisy 4,5 mm Metallgröße bb Pellets
6,0 mm Kunststoff "Softair" Pellets	www.amazon.com	B003QNELYE	Crosman 6 mm Airsoft Pellets
geriffelte Platte	www.lowes.com	345710	Wellpappe Kunststoffplatte
Infrarot-Strahler/Detektor-Paar	www.amazon.com	B00XPSIT3O	5 mm Durchmesser, 940 nm Wellenlänge
120 Ohm Widerstände	www.amazon.com	B01MSZK8DV	120 Ohm, 1/4 Watt
22 GA Anschlusskabel	www.adafruit.com	1311
RJ45-Buchsen	www.sparkfun.com	PRT-00643
Custom PCB Board	www.pcbexpress.com	n/a	Kann aus Dateien gedruckt werden, die in den Lieferdaten enthalten
Arduino Nano v 3.0	www.roboshop.com	RB-Gra-01
SD-Kartenmodul	www.amazon.com DFR0071		DFRobot SD-Kartenmodul
Echtzeituhr-Modul	www.adafruit.com	264	DS1307 Echtzeituhr Breakout-Board
Temperatur-/Feuchtigkeitssensor	www.tinyosshop.com		G4F4494F29ED05 DHT11 Temperatur-/Feuchtigkeitssensor auf Breakout-Board
470k Ohm Widerstände	www.amazon.com	B00EV2R39Y
Buchsen	www.adafruit.com	598	Abbruch auf gewünschte Länge
Stiftleisten	www.adafruit.com	392	Auf gewünschte Länge abbrechen
Flachbanddraht	www.amazon.com	B00X77964O	10 Draht Flachbanddraht mit Anschlüssen
LCD-Bildschirm	www.adafruit.com	198
Cat6 Kabel	www.amazon.com	B00N2VISLW
SD-Karte	www.amazon.com B00E9W1URM