Name: Insekt gesteuerte Roboter: Ein mobiler Roboter-Plattform, die geruchs Tracking-Fähigkeit eines Insekts zur Bewertung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-19T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Erfahren Sie die geruchsgesteuerte Navigation mit Seidenspinnern als Robotercontroller für biomimetische Forschung. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung sensorisch-motorischer Beziehungen in der Neurobiologie.

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Wir danken Shigeru Matsuyama für die Bereitstellung von gereinigtem Bombykol. Diese Arbeit wurde unterstützt von der Japan Society for the Promotion of Science KAKENHI (Fördernummern 22700197 und 24650090) und dem Human Frontier Science Program (HFSP).

1. Versuchstier <ol><li> Bereiten Sie eine Kunststoff - Box die Puppen der männlichen silkmoths (B. mori) bis zu ihrem Schlüpfen zu halten. Legen Sie Papiertücher an der Unterseite und Stücke Pappe um die Innenwand des Gehäuses (1A). Hinweis: Die Kartonstücke notwendig sind für die erwachsenen Motten zu halten , während ihre Flügel erstreckt während Schlüpfen (1A). </li><li> Setzen männlich silkmoth (Bombyx mor i) pupae in das Feld ein und halten sie in einem Inkubator bis Schlüpfen unter einem 16-h: 8-Stunden Licht: Dunkel - Zyklus bei 25 ° C. HINWEIS: Die männlichen und weiblichen pupae kann durch den Geschlechts Markierungen auf dem Bauch (1B) unterschieden werden. </li><li> Sammeln erwachsenen männlichen Motten nach dem Schlüpfen und verschieben Sie sie in ein neues Feld. </li><li> Halten Sie die Falter in einem Inkubator unter einer 16-h: 8-Stunden Licht: Dunkel-Zyklus und verringern Sie die Temperatur auf 15 ° C ihre Aktivität vor dem Experiment zu reduzieren. </li></ol> 2. Tethering ein Silkmoth <ol><li> Herstellung eines Aufsatzes für Anbinden (2A) Hinweis: Die Befestigung besteht aus einem Kupferdraht mit einem Streifen aus einem dünnen Kunststoffblatt an seiner Spitze. Dies gewährleistet die dorsal-ventral Bewegung des Brustkorbs beim Gehen (2B). <ol><li> Bereiten Sie einen Streifen aus einem dünnen Plastikfolie, 2 × 40 mm (Dicke: 0,1 mm), und falten Sie es in der Mitte. </li><li> Bringen Sie den gefalteten Streifen an der Spitze eines Kupferdraht mit einem Klebstoff. </li><li> Biegen Sie die Spitze des gefalteten Streifens, wo der Thorax eines silkmoth angebracht ist. </li></ol></li><li> Verwenden Falter (2-8 Tage alt) während der Lichtperiode für das Experiment. Anmerkung: Die Empfindlichkeit gegenüber dem Pheromon hängt stark von der zirkadianen Uhr 18. Weil B. mori eine tagaktive Nachtfalter ist, muss das Experiment während der Lichtperiode durchgeführt werden. </li><li> Entfernen Sie vorsichtig alle Skalen auf der dorsal Thorax (mesonotum) ein Stück nasses Gewebe (oder Wattestäbchen) und setzen die Kutikula der mesonotum (2C) verwendet wird . </li><li> Fügen Sie einen Klebstoff auf dem Streifen aus Kunststoff auf der Anlage und auf der Oberfläche des freiliegenden mesonotum mit einem kleinen Schlitzschraubendreher und warten 5-10 Minuten, bis der Kleber nicht mehr klebrig. Hinweis: Der Klebstoff nicht die Flügelscharnier oder die forewing tegulae (Abbildung 2C) berühren. </li><li> Bindung, die die mesonotum zur Befestigung. </li><li> Halten Sie die moth gebunden, bevor sie im Cockpit des Roboters platziert. Halten Sie die Befestigung auf einem Stativ und legte ein Stück Papier unter den Beinen der Falter ruhen. </li></ol> 3. Insektengesteuerte Roboter <ol><li> Entwerfen Sie die Hardware des Insekts gesteuerten Roboter auf der Grundlage früherer Arbeiten 16,17,19. Hinweis: Das Insekt gesteuerten Roboter besteht aus einem luftgestützten Laufband mit einer optischen Maus Sensor capture das Insekt Fortbewegung, custom-built AVR-basierte Mikrocontroller - Boards für die Verarbeitung und Motorsteuerung sowie zwei DC Brushless - Motoren (3 und 4). Der Roboter kann mit 96% Genauigkeit oder höher ist, innerhalb einer Zeitverzögerung von 200 msec auf der Basis der Kugeldrehung auszuführen. Es sorgt auch für die Mobilität der maximalen Vorwärtsgeschwindigkeit (24,8 mm / sec) und die Winkelgeschwindigkeit (96,3 ° / sec) des silkmoth während Pheromon Nachführverhalten 16. Der Luftstrom der Tretmühle (5A) und Geruchsabgabesystem (5B) sind für die Onboard - Motte auf den Ball zu gehen reibungslos und einen Geruch von zwei Antennen zu erwerben. Der Lufteinlass und Strömungskanal des Laufbandes von denen des Geruchsabgabesystem getrennt Kontamination des Pheromons zu vermeiden. </li><li> Entwerfen Sie die Software für die Onboard - Mikrocontroller basiert auf früheren Arbeiten 16. Hinweis: Die integrierte Mikrocontroller berechnet ter Roboterbewegungen von der Insekten Lokomotion mit einem optischen Sensor gemessen wird (Rotations, Δ x; Translations, Δ y; 6). Die Distanz (Δ L) und Drehwinkel (Δθ) pro Zeiteinheit des Roboters auf der Grundlage der Entfernung von jedem Rad berechnet (links, Δ L L, rechts, Δ L R) wie Δ L = (Δ L L + Δ L R) / 2 und Δθ = (Δ L L - Δ L R) / D Rad, wobei D Rad ist der Abstand zwischen den beiden Rädern (120 mm). Δ L L und Δ L R werden weiter als Δ L L beschriebenen = Δ L x, L + Δ L y, L und Δ L R = Δ L x, R + Δ L y, R, wobei Δ L x, L &lt;/ sub&gt; und L x Δ, R die Wegstrecken der Räder auf der linken und rechten Seite gesteuert durch Δ x und Δ y L, L und L Δ y sind, sind diejenigen , die durch R Δ y gesteuert. Idealerweise Δ L x, L und Δ L x, R wie Δ L x, L = -Δ L x, R = G Δ x (D Rad / D - Ball) und Δ L y, L und Δ L y beschrieben , R sind als Δ L y, L = Δ L y, R = G Δ y beschrieben ist , wobei G die Motorverstärkung und D Kugel ist , ist der Durchmesser der Kugel (50 mm). In der Praxis wird die Motorverstärkung von jeder Seite (links oder rechts Rad) und jede Richtung (Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung) unabhängig eingestellt, um die Roboterbewegung zu kalibrieren. Die unabhängige Verstärkungen lassen weiter für dieEinstellung von asymmetrischen Motordrehung eine Dreh Vorspannung des Roboters zu erzeugen (siehe Schritt 6.1). </li><li> Waschen Sie die Oberfläche eines weißen expandiertem Polystyrol Kugel (Masse: ca. 2 g, Durchmesser: 50 mm) mit Wasser mögliche Geruchs oder visuelle Hinweise zu entfernen. Hinweis: Die Oberfläche eines Balles sollte mit feinem Schleifpapier, wie P400 aufgeraut werden, was den Griff der Beine auf den Ball sicher. </li><li> Schalten Sie das Gebläse , die Luft bei 9 V zu dem Laufband und schwimmt die Kugel (5A) liefert. Beachten Sie die Kugel schweben etwa 2 mm vom Boden des Bechers. </li><li> Mit Hilfe einer Schraube, befestigen Sie den Kupferdraht der Anlage mit dem Falter (siehe Schritt 2) an einer Halterung im Cockpit des Roboters (Abbildung 3 Einsatz sehen). Stellen Sie sicher , dass die Position der Mittelschenkel in der Mitte der Kugel (7A) ist. </li><li> Stellen Sie die vertikale Position der Befestigung der Motte zu ermöglichen, die üblicherweise auf dem b zu gehenalle. Halten Sie den Ball auf gleicher Höhe vor und nach dem Motte (7B) zu befestigen. Hinweis: Eine zu niedrige Position des Befestigungsdruck auf die Motte fügt hinzu und entlockt rückwärts zu Fuß den Druck (7C) zu widerstehen, während eine zu hohe Position instabil zu Fuß und Ausfälle des Sensors verursacht aufgrund von Änderungen in der vertikalen Position die Kugel (Abbildung 7D). Um den normalen Laufverhalten zu überprüfen, ein Single-paffte Pheromon Stimulus verwendet wird auszulösen in der Motte zu Fuß (für den Pheromon Reiz, siehe Schritt 4). Beachten Sie, dass der Testreiz minimal sein muss, weil frühere Exposition zu Bombykol gewöhnt silkmoths und verringert ihre Empfindlichkeit (Matsuyama und Kanzaki, nicht veröffentlichte Daten). </li></ol> 4. Geruchsquelle Vorbereitung Hinweis: männlich B. mori an die Hauptkomponente des conspecific Pheromon weiblichen Geschlechts empfindlich sind (Bombykol: (E, Z) -10,12-hexadecadien-1-ol) <sbis&gt; 20. Jede Verunreinigung der experimentellen Ausrüstung mit Bombykol entlockt den Geruch Verfolgungsverhalten und wirkt sich auf die Reaktionsfähigkeit der Motte. <ol><li> Drop 10 ul der Bombykol Lösung gelöst in n-Hexan (200 ng / &amp; mgr; l) auf einem Stück Filterpapier (etwa 10 mm × 10 mm). Die Menge an Bombykol pro Stück Filterpapier ist 2000 ng. Hinweis: ein Pheromon Stimulus Patrone in diesem Schritt die normale Laufverhalten der Motte zu überprüfen, vorzubereiten. Die Patrone ist ein Glaspasteurpipette mit einem Stück Filterpapier, enthaltend 2,000 ng Bombykol. Schieben einer Glühlampe bläht die Luft, die Bombykol. </li></ol> 5. Geruchslokalisation Experiment <ol><li> Schalten Sie den Ventilator einer Zieh-Luft-Art Windkanal (1.800 × 900 × 300 mm, L × B × H; 8) und stellen Sie die Windgeschwindigkeit auf 0,7 m / sec. Sicherzustellen, dass die Temperatur mehr als 20 ° C ist. </li><li> Stellen Sie die Geruchsquelle (die pIECE aus Filterpapier enthält Bombykol) vor dem Windkanal. Hinweis: Die plume Breite sollte durch Verwendung von TiCl 4 17,19 vor dem Experiment bestätigt werden. </li><li> Schalten Sie den Mikrocontroller-Board des Roboters und stellen Sie eine serielle Verbindung zu einem PC über Bluetooth. </li><li> Starten Sie eine maßgeschneiderte Java-Programm namens &quot;Biosignalverarbeitung&quot;, die eine Schnittstelle zwischen dem PC und dem Roboter zur Verfügung stellt. Hinweis: Das Hauptfenster enthält Tasten für Befehle an den Roboter, Textfenster zum Anzeigen der Ein- und Ausgabe der seriellen Kommunikation zu senden, und kleine Boxen Parameter zu konfigurieren. Die nachfolgenden Befehle werden durch Klicken auf entsprechende Schaltflächen in diesem Programm gesendet, mit Ausnahme der Videoaufnahme. </li><li> Klicken Sie auf das &quot;über Gerät&quot;, um die Verbindung zu bestätigen, indem Sie einen Befehl an den Roboter über den angegebenen COM-Port zu senden und prüfen, ob eine Nachricht vom Roboter zurückgeführt wird. </li><li> Klicken Sie auf das &quot;Memory Lösch &quot;Taste vorherige Bewegungsdaten auf dem internen Flash-Speicher links zu löschen. </li><li> Klicken Sie auf den &quot;drivemode1&quot;, um die Standard-Motor gewinnt an den Roboter zu senden. Hinweis: Die Manipulationen der Motor Gewinne und die Zeitverzögerung zwischen Insekten Lokomotion und Roboterbewegung sind nach diesem Schritt angewendet (siehe Schritte 6.1 und 6.3, Abbildung 9). </li><li> Klicken Sie auf das &quot;nicht fahren&quot;, um einen Befehl zu senden, um den Roboter zu immobilisieren, bis das Experiment beginnt. </li><li> Setzen Sie den Roboter an einer Startposition (600 mm hinter der Geruchsquelle) und schalten Sie den Schalter des Motortreiberplatine. </li><li> Drücken Sie die Aufnahmetaste des Camcorders Video-Capture zu starten. </li><li> Klicken Sie auf den &quot;Aufnahmestart&quot;, um einen Startbefehl zu senden, um den Roboter mit einer gleichzeitigen Aufnahme der Kugeldrehung auf dem internen Flash-Speicher zu initiieren. Beachten Sie, dass der Roboter zu bewegen beginnt und verfolgt die Geruchsfahne. </li><li> Klicken Sie auf&quot;Rec stop&quot; und &quot;nicht fahren&quot; Tasten Befehle zu senden, sowohl die Roboterbewegung und die Aufnahme zu stoppen, wenn der Roboter die Geruchsquelle lokalisiert. </li><li> Drücken Sie die Aufnahmetaste des Camcorders Video-Capture zu stoppen. </li><li> Herunterladen aufgezeichnet Bewegungsdaten aus dem integrierten Flash-Speicher an den Computer über eine serielle Verbindung. Schließe das Programm. </li></ol> 6. Manipulation des Insektengesteuerten Roboter Anmerkung: Der Zeitpunkt jeder Manipulation ist in Figur 9 angedeutet ist . <ol><li> Manipulation des Motors gewinnt Anmerkung: Diese Manipulation ändert die Translations- und Rotationsgeschwindigkeit des Roboters. Asymmetrische Motor Gewinne erzeugen eine Dreh Vorspannung, die verwendet werden können , zu untersuchen , wie Insekten für die Vorspannung 17 kompensieren. <ol><li> Definieren die Dreh Verstärkungen für Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors auf jeder Seite 17 (6B) und bearbeite tene-Konfigurationsdatei &quot;param2.txt&quot; mit einem Texteditor benannt. </li><li> Klicken Sie auf das &quot;set param2&quot;, um die bearbeitete Konfigurationsdatei in der Software lesen. Dann klicken Sie auf den &quot;drivemode2&quot;, um die manipulierte Gewinne an den Roboter senden. </li></ol></li><li> Inversion der Motorausgangs Anmerkung: Diese Manipulation stellt eine Bedingung ähnlich zu der Inversions bilateraler olfaktorischen Eingang (siehe Schritt 6.4) und können verwendet werden , die Bedeutung der bilateralen olfaction zu untersuchen. die Umkehrung der Motorleistung kehrt jedoch auch selbstinduzierte visuelle Bewegung eines Onboard-Motte. Die Auswirkungen der invertierte selbstinduzierte visuelle Eingabe 19 kann durch einen Vergleich mit dem invertierten Eingangs olfaktorischen ausgewertet werden. <ol><li> Kehren Sie die bilateralen Motorsteuerung durch die Steuerkabel überquert für jeden Motor. </li></ol></li><li> Eine Manipulation der Zeitverzögerung zwischen Insekten Lokomotion und Roboterbewegung. Hinweis: Diese Manipulationermöglicht die Untersuchung der akzeptablen Zeitraums auf sensomotorische Verarbeitung für die Robotergeruchs Tracking ausgegeben. Der Mikrocontroller speichert die Bewegungsdaten auf einem Pufferspeicher, und verarbeitet sie nach der festgelegten Zeitverzögerung. Beachten Sie, dass der Roboter eine maximale interne Zeitverzögerung von 200 msec hat; Daher wird die tatsächliche Zeitverzögerung erwartet die spezifizierte Zeitverzögerung plus 200 msec 16,17 sein. <ol><li> Geben Sie eine Nummer (0 bis 10) in einem kleinen Feld des Hauptfensters eine Zeitverzögerung von 0-1.000 ms bei 100 ms Schritten angeben. </li><li> Klicken Sie auf die &quot;set Verzögerung&quot;, um die Zeitverzögerung zu übernehmen. </li></ol></li><li> Manipulation des olfaktorischen Input. Hinweis: Dieses Manipulation verwendet werden , um die Bedeutung der bilateralen olfaktorischen Input zu untersuchen. Der starke Anstieg Richtung silkmoths ist auf der höheren Konzentration Seite 22 vorgespannt ist . <ol><li> Ändern Sie den Abstand zwischen den Absaugschlauch Tipps oder ihre Positionen umkehren zu verändern, dieUnterschied in der Geruchsstoffkonzentration von jeder Antenne erfasst. </li></ol></li><li> Manipulation von visuellen Input Hinweis: Diese Manipulation ist es, die Rolle der visuellen Input für die Geruchsverfolgung zu untersuchen. <ol><li> Decken Sie den Baldachin mit einem weißen Papier, das 105 ° und 90 ° von der horizontalen und vertikalen Sichtfeld des onboard Motte okkludiert sind. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die wichtigsten Punkte für die erfolgreiche Steuerung des Roboters durch eine silkmoth einlassen die Motte auf dem luftgestützten Ball laufen reibungslos und stabil die Kugeldrehung zu messen. Daher ist die silkmoth Anbinden und es auf der Kugel an der entsprechenden Position sind die kritischsten Schritte in diesem Protokoll Montage. Unangemessen Haftung der Motte auf die Befestigung oder ungeeigneten Positionierung der Motte auf den Ball wird unnatürliche Druck verursachen auf sie, das Verhalten seiner normalen Gehen ...

Autonome Roboter, die in der Lage sind, eine Geruchsquelle zu finden, können für die Sicherheit der Gesellschaft wichtig sein. Sie können zur Erkennung von Katastrophenopfern, von Drogen oder explosiven Materialien auf einem Flughafen sowie von Gefahrstoffaustritten oder Lecks in der Umwelt eingesetzt werden. Gegenwärtig verlassen wir uns für diese Aufgaben ausschließlich auf gut ausgebildete Tiere (z. B. Hunde), und es wurde stark erwartet, dass die robotische Lokalisierung von Geruchsquellen die Arbeitsbelastung dieser Tiere entlastet. Die Suche nach einer Geruchsquelle ist für Roboter eine herausfordernde Aufgabe, da Geruchsstoffe intermittierend in einer Atmosphäre verteilt werden1; Daher ist eine kontinuierliche Probenahme des Geruchskonzentrationsgradienten nicht immer möglich. Daher ist eine Suchstrategie mit intermittierenden Geruchshinweisen notwendig, um eine robotische Geruchsquellenlokalisierung2-4 zu erreichen.
Die Lokalisierung von Geruchsquellen ist essentiell für das Überleben von Organismen und umfasst Aufgaben wie das Finden von Nahrung, Paarungspartnern und Orten für die Eiablage. Um die Schwierigkeit zu überwinden, lückenhaft verteilte Geruchsstoffe zu verfolgen, haben Organismen verschiedene Verhaltensstrategien entwickelt, die aus zwei grundlegenden Verhaltensweisen bestehen: sich während der Geruchsaufnahme stromaufwärts und während der Beendigung der Geruchsaufnahme stromübergreifendbewegen 5,6. Diese reaktiven Strategien sind bei Insekten gut dokumentiert und werden mit anderen Modalitäten wie Windrichtung und Sicht5-8 kombiniert. Die Verhaltensmodelle von Insekten waren auch nützliche Beispiele für die Robotik3,9-11, in denen Verhaltensalgorithmen oder neuronale Schaltkreismodelle in mobile Roboter implementiert wurden, um die Fähigkeiten zur Lokalisierung von Geruchsquellenzu bewerten 10,12-15. Aus biomimetischer Sicht ist dieser "Bottom-up"-Ansatz sicherlich ein grundlegender Weg, um biomimetische Roboter zu entwickeln. Der Bottom-up-Ansatz ist jedoch keine Abkürzung, um eine nützliche Suchstrategie zu erhalten, da die biologischen Analysen noch nicht abgeschlossen sind und die Modellierung der sensomotorischen Systeme hinter dem Verhalten von Insekten noch nicht abgeschlossen ist. Daher ist noch nicht bekannt, wie ein solches biologisches System tatsächlich als Controller einer robotischen Plattform funktioniert.
In diesem Artikel demonstrieren wir das Protokoll eines einfachen "Top-Down"-Ansatzes zur Entwicklung eines mobilen Roboters zur Geruchsverfolgung, der von einem biologischen System gesteuert wird16,17. Der Roboter wird von einem echten Insekt gesteuert und kann als Prototyp zukünftiger insektenmimetischer Roboter angesehen werden. Im Cockpit des Roboters lief ein angebundener erwachsener männlicher Seidenspinner (Bombyx mori) auf einem luftgestützten Ball als Reaktion auf das weibliche Sexualpheromon, das durch Luftsaugrohre an jede Antenne abgegeben wurde. Die Ballrotationen, die durch das Gehen der Motte an Bord verursacht wurden, wurden von einem optischen Sensor gemessen und in die Bewegung des zweirädrigen Roboters übersetzt. Der Vorteil dieses "hybriden" Ansatzes besteht darin, dass die Experimentatoren untersuchen können, wie das sensomotorische System des Insekts auf der Roboterplattform funktioniert, wo sich ein Pilotinsekt in einer geschlossenen Schleife zwischen dem Roboter und einem realen Geruchsumstand befindet. Die Manipulation der Roboterhardware verändert den geschlossenen Kreislauf; Daher ist der insektengesteuerte Roboter eine nützliche Plattform sowohl für Ingenieure als auch für Biologen. Für das Engineering stellt der Roboter den ersten Schritt dar, um ein biologisches Modell anzuwenden, um die Anforderungen für robotische Aufgaben zu erfüllen. Für die Biologie ist der Roboter eine experimentelle Plattform, um die sensomotorische Steuerung in einem geschlossenen Regelkreis zu untersuchen.

<table><tbody><tr><td>Männlicher adulter Seidenspinner (Bombyx mori)</td><td></td><td></td><td>Aus Eiern aufziehen oder als Puppen kaufen.</td></tr><tr><td>Brutkasten</td><td>Panasonic</td><td>MIR-254</td><td>Lagern Sie Puppen oder ausgewachsene Seidenmotten bei einer konstanten Temperatur von 238 l.</td></tr><tr><td>Kunststoffbox</td><td>Sunplatec</td><td>O-3</td><td>Puppen oder ausgewachsene Seidenmotten lagern, 299 & mal 224 x x 62 mm L - x W &mal; H.</td></tr><tr><td>Kupferdraht</td><td></td><td></td> mit <td>2 mm Durchmesser für die Befestigung. Jede starre Stange kann als Alternative verwendet werden, um die Befestigung zum Binden zu einem Seidenspinner zu machen.</td></tr><tr><td>Kunststoffplatte</td><td>Kokuyo</td><td>VF-1420N</td><td>Wird als Overhead-Projektorfolie mit einer Dicke von 0,1 mm verkauft. Verwendung an der Spitze des Aufsatzes.</td></tr><tr><td>Pinzette</td><td>Als eine</td><td>5SA</td><td>Schuppen am Brustkorb entfernen.</td></tr><tr><td>Kleber</td><td>Konishi</td><td>G17</td><td>Kleben Sie einen Seidenwickler auf den Aufsatz.</td></tr><tr><td>Speziell</td><td></td> <td>insektengesteuerter Roboter</td><td>mit einem luftgestützten Laufband, einem optischen Sensor, speziell angefertigten AVR-basierten Mikrocontroller-Boards und zwei bürstenlosen Gleichstrommotoren. Es wird von 8 & mal angetrieben; AA und 3 & mal; 006P Batterien.</td></tr><tr><td>Mikrocontroller</td><td>Atmel</td><td>ATMEGA8</td><td>Eine Komponente des insektengesteuerten Roboters.</td></tr><tr><td>DC-Gebläse</td><td>Nidec</td><td>A34342-55</td><td>Ein Bestandteil des insektengesteuerten Roboters zum Schwimmen eines Balls in einem luftgestützten Laufband.</td></tr><tr><td>DC-Lüfter</td><td>Minebea</td><td>1606KL-04W-B50</td><td>Ein Bauteil des insektengesteuerten Roboters zum Absaugen von geruchshaltiger Luft.</td></tr><tr><td>Optischer Maussensor</td><td>Agilent technologies</td><td>HDNS-2000</td><td>Eine Komponente des insektengesteuerten Roboters, die aus einer optischen Maus gewonnen wird (M-GUWSRSV, Elecom, Japan).</td></tr><tr><td>Bürstenloser Motor</td><td>Maxon</td><td>EC-45</td><td>Ein Bestandteil des insektengesteuerten Roboters zum Antrieb eines Rades.</td></tr><tr><td>Weiße Styroporkugel</td><td></td><td></td><td>Ein Bestandteil des insektengesteuerten Roboters. Durchmesser 50 mm, Masse ca. 2 g.</td></tr><tr><td>Bombykol: (E,Z)-10,12-hexadecadien-1-ol</td><td>Shin-Etsu chemische</td><td></td><td>Auftragssynthese.</td></tr><tr><td>n-Hexan</td><td>Wako</td><td>085-00416</td><td>Lösungsmittel für Bombykol.</td></tr><tr><td>Windkanal</td><td>Custom</td><td></td><td>Pulling-Air-Typ, Größe 1.800 & 900 & x 300 mm L & mal; W &mal; H.</td></tr><tr><td>BioSignal-Programm</td><td>Custom</td><td></td><td>Ein Programm zum Aufbau einer seriellen Kommunikation zwischen dem insektengesteuerten Roboter und einem PC über Bluetooth. Wird zum Senden von Befehlen zum Starten/Stoppen des Roboters oder zum Konfigurieren seiner Motoreigenschaften verwendet.</td></tr><tr><td>Camcorder</td><td>Sony</td><td>HDR-XR520V</td><td>Erfassen Sie Roboterbewegungen.</td></tr></tbody></table>

insekt gesteuerte roboter: ein mobiler roboter-plattform, die geruchs tracking-fähigkeit eines insekts zur bewertung

Insect-controlled Robot: A Mobile Robot Platform to Evaluate the Odor-tracking Capability of an Insect

Die robotische Lokalisierung von Geruchsquellen war ein herausforderndes Gebiet, zu dem biologisches Wissen beitragen sollte, da das Finden von Geruchsquellen eine wesentliche Aufgabe für das Überleben von Organismen ist. Insekten sind gut untersuchte Organismen im Hinblick auf die Geruchsverfolgung, und ihre Verhaltensstrategien wurden zur Bewertung auf mobile Roboter angewendet. Dieser "Bottom-up"-Ansatz ist ein grundlegender Weg zur Entwicklung biomimetischer Roboter; Die biologischen Analysen und die Modellierung von Verhaltensmechanismen sind jedoch noch nicht abgeschlossen. Daher ist noch nicht bekannt, wie ein solches biologisches System tatsächlich als Controller einer Roboterplattform funktioniert. Um diese Frage zu beantworten, haben wir einen insektengesteuerten Roboter entwickelt, bei dem ein männlicher erwachsener Seidenspinner (Bombyx mori) als Reaktion auf Geruchsreize ein Roboterauto fährt; Dieser kann als Prototyp eines zukünftigen insektenmimetischen Roboters angesehen werden. Im Cockpit des Roboters lief ein angebundener Seidenspinner auf einem luftgestützten Ball und ein optischer Sensor maß die Ballrotationen. Diese Drehungen wurden in die Bewegung des zweirädrigen Roboters übersetzt. Der Vorteil dieses "hybriden" Ansatzes besteht darin, dass die Experimentatoren jeden Parameter des Roboters manipulieren können, was die Bewertung der Geruchsverfolgungsfähigkeit von Insekten ermöglicht und nützliche Vorschläge für die robotergestützte Geruchsverfolgung liefert. Darüber hinaus sind diese Manipulationen nicht-invasive Methoden, um die sensomotorische Beziehung eines Pilotinsekts zu verändern, und werden eine nützliche Technik zum Verständnis adaptiver Verhaltensweisen sein.

Wir stellen hier die grundlegenden Eigenschaften des Insekts gesteuerten Roboter für die erfolgreiche Lokalisierung einer Geruchsquelle erforderlich. Der Vergleich zwischen dem Roboter und silkmoths, die Wirksamkeit der Geruchsabgabesystems, und die Bedeutung der genauen bilateralen olfaktorische und visuelle Eingänge untersucht. Der Vergleich von geruchs Tracking - Verhalten zwischen frei-Walking Motten und das Insekt gesteue...

Die Fähigkeit, eine Geruchsquelle zu lokalisieren, ist für Insekten Überleben notwendig und wird voraussichtlich künstlichen geruchs Tracking anwendbar. Das Insekt gesteuerte Roboter wird von einem tatsächlichen silkmoth angetrieben und ermöglicht es uns, die geruchs Tracking-Fähigkeit von Insekten durch eine Roboterplattform zu bewerten.

Insekt gesteuerte Roboter: Ein mobiler Roboter-Plattform, die geruchs Tracking-Fähigkeit eines Insekts zur Bewertung

Robotic odor source localization has been a challenging area and one to which biological knowledge has been expected to contribute, as finding odor ...

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments besteht darin, die Fähigkeit eines Insekts zur Verfolgung von Geruchssignalen zu bewerten, wenn es als Steuerungseinheit für einen mobilen Roboter dient. Diese Methode kann zentrale Herausforderungen im Bereich der Biomedizintechnik angehen, beispielsweise die Frage, wie Insekten für die biomimetische Navigation mobiler Roboter genutzt werden können. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass wir ein Insekt direkt als Steuerungseinheit für einen mobilen Roboter verwenden und seine Fähigkeit bewerten können, eine Geruchsquelle zu lokalisieren.Die Implikationen dieser Technik reichen bis zum Verständnis der biologischen Mechanismen hinter anderen Verhaltensweisen, da Forscher die sensorisch-motorische Beziehung eines an Bord befindlichen Insekts durch robotische Manipulation verändern können. Um das Experiment zu beginnen, wählen Sie zunächst einen erwachsenen Seidenspinner im Alter von zwei bis acht Tagen aus. Entfernen Sie vorsichtig alle Schuppen auf dem Mesonotum mit einem feuchten Tuch oder Wattestäbchen, um die Cuticula freizulegen.Tragen Sie einen Klebstoff auf den Kunststoffstreifen am Ende der Halterung auf. Anschließend geben

insect-controlled-robot-mobile-robot-platform-to-evaluate-odor

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In diesem Video-Beitrag beschreiben wir eine neue Methode erlaubt den Bau von Geruchsrezeptoren Gradienten mit stabilen und kontrollierbaren Geometrien. Wir haben kurz zeigen, wie diese Gradienten zu Bildschirm kann für olfaktorische Mängel (vollständiger oder teilweiser Anosmie) verwendet werden und auf subtilere Funktionen der Chemotaxis Verhalten zu studieren.

Hochauflösende Messung von Odor-Driven Behavior in Drosophila-Larven

Hier beschreiben wir, wie Sie die erworbenen Video-Bild für eine olfaktorische magnetisch-Leine (OMT) Geräte zu optimieren. Wir beschreiben auch zwei Beispiele für experimentelle Protokolle für die Untersuchung visuell-olfaktorischen Fusion.

Visuell vermittelte Odor-Tracking während des Fluges in Drosophila

Eine vertikale, T-Labyrinth Olfaktometer wird zur Bestimmung des Verhaltens Reaktion der Arthropoden beschrieben. Das Olfaktometer ermöglicht der Experimentator, Entscheidungen von Versuchspersonen durchgeführt messen, wenn zwei potenzielle Geruch Feldern ausgesetzt. Beide Attraktion und Abstoßung von Geruchsstoffen kann mit diesem Gerät gemessen werden.

Vertical T-Labyrinth Wahl Assay für Gliederfüßer Response to Geruchsstoffe

Wir beschreiben ein Protokoll für die Verwendung von Insektenantennen in Form von Elektroantennogrammen (EAGs) auf autonomen Robotern. Unser experimentelles Design ermöglicht stabile Aufzeichnungen innerhalb eines Tages und löst einzelne Geruchspatches bis zu 10 Hz auf. Die Effizienz von EAG-Sensoren für die olfaktorische Suche wird demonstriert, indem ein Roboter zu einer Geruchsquelle gefahren wird.

Mit Insekten Elektroantennogramm Sensoren auf Autonome Roboter für Riech Suchen

Wir haben vorgeschlagen, ein System, das preiswert, nicht-invasive Pseudo-akustisch-optische Sensoren verwendet, um automatisch und genau zu erfassen, zu zählen und zu klassifizieren fliegenden Insekten basierend auf ihren fliegenden Sound.

Fliegen-Insekt Erkennung und Klassifizierung mit preiswerten Sensoren

Dieses Protokoll beschreibt den Prozess der Konstruktion eines Insekten-Maschine-Hybridsystems und der Durchführung einer drahtlosen elektrischen Stimulation der Flugmuskulatur, die zur Steuerung der Drehbewegung eines fliegenden Insekts erforderlich ist.

Insect-Maschine Hybridsystem: Remote Radio Control eines frei fliegenden Käfer (<em&gt; Mercynorrhina torquata</em&gt;)

Dieses Protokoll beschreibt Schritte zur Nutzung der neuartigen Software, SwarmSight, für Frame-by-Frame-Tracking von Insekt Antenne und Rüssel Positionen von herkömmlichen Web Kamera Videos mit konventionellen Computern. Die kostenlose, Open-Source-Software verarbeitet Bilder etwa 120 Mal schneller als Menschen und führt zu besser als menschliche Genauigkeit.

SwarmSight: Echtzeit-Tracking von Insekten Antenne Bewegungen und Rüssel Erweiterung Reflex mit einem gemeinsamen Vorbereitung und konventioneller Hardware

Hier beschreiben wir den Bau und Betrieb eines Windkanals für Geruch Behavioral Assays mit Insekten vermittelt. Der Windkanal-Design erleichtert die Freigabe der Geruch Quellen durch verschiedene Methoden, mit und ohne visuelle Reize. Windkanal-Experimente sind wichtige Methoden, verhaltensorientierte aktive flüchtige Chemikalien zu identifizieren.

Ein Windkanal für Geruch vermittelt Insekt Behavioral Assays

Diese Studie stellt experimentelle Protokolle für eine biohybride Geruchserkennungsdrohne vor, die auf Seidenmottenantennen basiert. Der Betrieb eines experimentellen Elektroantennennogramms mit Seidenmottenantennen wird vorgestellt, zusätzlich zur Struktur einer Bio-Hybrid-Drohne, die für die Lokalisierung von Geruchsquellen mit dem Spiral-Surge-Algorithmus entwickelt wurde.

Elektroantennen-basierte Bio-Hybrid-Geruchserkennungsdrohne mit Seidenmottenantennen zur Lokalisierung von Geruchsquellen

Wir verwenden eine Closed-Loop-fly-Maschine-Schnittstelle auf allgemeine Prinzipien der neuronalen Steuerung zu untersuchen.

Eine experimentelle Plattform für die Closed-Loop-Performance von Brain-Machine Interfaces Study

Erfahren Sie die geruchsgesteuerte Navigation mit Seidenspinnern als Robotercontroller für biomimetische Forschung. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung sensorisch-motorischer Beziehungen in der Neurobiologie.

Insekt gesteuerte Roboter: Ein mobiler Roboter-Plattform, die geruchs Tracking-Fähigkeit eines Insekts zur Bewertung

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