Bau einer verbesserten Flugmühle für die Untersuchung des Fluges mit angebundenen Insekten

Dieses Protokoll kann verwendet werden, um eine erschwingliche und verbesserte Flugmühle mit Makerspace-Technologie wie Laserschneidern und 3D-Druckern zu bauen. Laserschneider und 3D-Drucker können komplizierte Designs verarbeiten, sodass Sie Ihre Flugmühle ganz einfach an Ihre experimentellen Anforderungen anpassen und reproduzieren können. Um die Acrylstützen in einem Makerspace zu konstruieren, öffnen Sie den entsprechenden Vektorgrafikeditor und erstellen Sie Dateizeilen im RGB-Modus mit einem Linienstrich von 0,0001 Punkt, an dem das RGB-Rot Linien und das RGB-Blau Linien schneidet.

Entwerfen Sie vorsorglich den Kurvenschlüssel wie abgebildet. Befolgen Sie die Makerspace-Richtlinien zum Einschalten, Verwenden und Warten des Laserschneiders. Wählen Sie in der Lasersoftware Kunststoff für das Material und Acryl für den Materialtyp aus.

Für zusätzliche Präzision verwenden Sie den Messschieber, um die Materialdicke zu messen und ihre Dicke in das Materialdickenfeld einzugeben. Legen Sie das Material in den Druckerhohlraum und schneiden Sie den Kurvenschlüssel aus. Verwenden Sie den Kurvenschlüssel, um die Kurvenbreite zu bestimmen, und berücksichtigen Sie dann die Kurve für alle Schlitz- und Lochmessungen im Acrylträgerdesign nach Bedarf, bevor Sie die Acrylstützen laserschneiden.

Klicken Sie beim 3D-Druck der Kunststoffträger auf 3D-Konstruktionen und Erstellen, um ein neues Design zu erstellen. Um diese Studie exakte 3D-gedruckte Designs zu replizieren, laden Sie das Archiv herunter 3D_Prints. und verschieben Sie den Ordner auf den Desktop.

Öffnen Sie den Ordner. Klicken Sie im Online-3D-Modellierungsprogramm auf der Arbeitswebseite auf Importieren und wählen Sie alle stl-Dateien aus dem Ordner aus. Um die Designs selbst zu erstellen oder anzupassen, folgen Sie den Tutorials der Website.

Nehmen Sie Änderungen vor und exportieren Sie die neuen Designs als stl-Dateien. Um den Spiegel eines Designs zu erhalten, klicken Sie auf das Objekt, klicken Sie auf M und wählen Sie den Pfeil aus, der der Breite des Objekts entspricht. Für den 3D-Druck doppelklicken Sie auf das Symbol für die 3D-Druck-, Slicing-Software und wählen Sie die zu druckende Objektdatei aus.

Wählen Sie Druck und Maschinentyp, um den 3D-Drucker auszuwählen, und doppelklicken Sie auf das Symbol zum Verschieben, um die Objektposition anzupassen. Klicken Sie auf Plattform, um sicherzustellen, dass sich das Modell auf der Plattform befindet. Klicken Sie auf Verschieben und zentrieren, um das Objekt in der Mitte des Buildbereichs zu platzieren.

Wenn das Objekt fertig ist, klicken Sie auf Drucken, um den Druck als gx-Datei zu speichern. Kalibrieren Sie als Nächstes den Extruder des 3D-Druckers nach Standardprotokollen und bestätigen Sie, dass genügend Filament zum Drucken vorhanden ist. Wenn alle Objekte geändert wurden, übertragen Sie die gx-Dateien auf den 3D-Drucker und drucken Sie alle Stützen und Verbesserungen.

Überprüfen Sie bei jedem Druck, ob das Filament ordnungsgemäß auf der Platte haftet. Insgesamt sollten für diese Konstruktion acht Linearführungsschienen, 16 Linearführungsschienenblöcke, 12 bis 20 Schrauben, 15 Kreuzhalterungen, 16 Magnethalter, 16 Rohrstützen, 16 kurze Linearführungsschienenstützen und 16 lange Führungsschienenstützen 3D-gedruckt werden. Nachdem Sie die Acrylwände zusammengebaut haben, legen Sie ein 30 Millimeter langes Kunststoffrohr in die Oberrohrstütze und ein 15 Millimeter langes Kunststoffrohr in die Unterrohrstütze jeder Zelle.

Führen Sie ein 14 Millimeter langes Kunststoffrohr in das Oberrohr und ein 20 Millimeter langes Kunststoffrohr in das Unterrohr ein und stellen Sie sicher, dass zwischen den Rohren eine ausreichende Reibung besteht, um die Rohre an Ort und Stelle zu halten, ohne dass das Innenrohr beim Ziehen auf und ab gleiten kann. Wenn sich Rohre verziehen haben, tauchen Sie die verzogenen Rohrsegmente für eine Minute in kochendes Wasser und richten Sie die Rohre auf einem Handtuch aus, so dass die Materialien Raumtemperatur erreichen können, bevor sie die begradigten Segmente in die Rohre einführen. Platzieren Sie zwei reibungsarme Neodym-Magnete und ein Innenrohr in jeder Magnethalterung.

Verankern Sie das innenliegende Rohr fest in jeder Magnetstütze, so dass die auf die Magnete und die Magnetstütze wirkende Schwerkraft nicht stark genug ist, um die Materialien aus dem Innenrohr zu lösen. Überprüfen Sie, ob sich jedes Magnetpaar gegenseitig abstößt. Schieben Sie bei den linearen Führungsschienenblöcken beide nach oben, schieben Sie die Blöcke in die lineare Führungsschiene und stecken Sie die linearen Führungsschienen und Blöcke aufrecht in die Fenster an den äußeren vertikalen Wänden.

Verwenden Sie zwei kurze Linearführungsschienen, zwei lange Linearführungsschienenstützen, vier 10 Millimeter lange Eisenschrauben, zwei 20 Millimeter lange Eisenschrauben und zwei Sechskantmuttern, um eine Linearführungsschiene an Ort und Stelle zu befestigen. Um den Schwenkarm zu konstruieren, kleben Sie 19 Gauge nichtmagnetische Injektionsstahlrohre auf die Pipettenspitzenachse und die beiden reibungsarmen Neodym-Magnete auf das gebogene Ende des Schwenkarms, um das metalllackierte Insekt für den Flug zu binden. Wickeln Sie ein Stück Aluminiumfolie auf das unbefestigte Ende des Schwenkarms, um ein Flaggengegengewicht zu erzeugen und den Infrarotstrahl zu brechen, der vom Infrarotsensorsender zum Empfänger gesendet wird.

Um den Infrarotsensor und den Datenlogger einzurichten, platzieren Sie den Infrarotsensorsender im oberen Linearführungsschienenblock mit dem Emitter des Strahls nach unten und den Infrarotsensorempfänger im unteren Block nach oben. Um Insekten für einen Flugversuch magnetisch an den Flugmühlenarm zu binden, tragen Sie Magnetfarbe auf das Halsschild des Insekts auf und lassen Sie die Farbe mindestens 10 Minuten trocknen. Nach dem Trocknen befestigen Sie das Insekt an den Armmagneten der Flugmühle.

Nachdem Sie bis zu acht Insekten angehängt haben, klicken Sie in der Fluganalysesoftware auf Datei und Aufzeichnung, wählen Sie den Speicherort der Aufnahmedatei im ersten Popup-Fenster aus, stellen Sie sicher, dass der Dateiname die Aufnahmesatznummer und den Kanalbuchstaben enthält, und klicken Sie OK.In nächsten Popup-Fenster die voraussichtliche Länge der Flugaufzeichnung ein. Wenn die Insekten in Position sind, klicken Sie auf OK, um mit der Aufnahme zu beginnen. Drücken Sie am Ende der Aufzeichnung Strg S, um die Datei fertigzustellen.

Um einen Ereignismarkerkommentar zu erstellen, klicken Sie auf die Kanalnummer und klicken Sie auf Bearbeiten und kommentierte Markierung einfügen, definieren Sie den Kommentar mit der Identifikationsnummer des neuen Insekts, das die Kammer betritt, klicken Sie dann auf OK und laden Sie das Insekt in die Kammer. Nachdem Sie die WDH-Aufzeichnungsdateien in das Textformat konvertiert und die Textdateien nach Ereignismarkierungskommentaren aufgeteilt haben, öffnen Sie die trough_diagnostic. png-Datei, die im Ordner Flight_scripts generiert wird, und überprüfen Sie, ob alle Datensätze robust gegenüber Änderungen des minimalen und maximalen Spannungswerts des mittleren Standardisierungsintervalls sind.

Wenn die Datensätze in Ordnung sind, geben Sie alle Benutzereinstellungen an, und speichern und führen Sie die flight_analysis aus. py-Skript. Wenn der Skriptlauf erfolgreich ist, werden die entsprechende ID-Nummer, Kammer und berechnete Flugstatistik des Insekts in der Python Shell gedruckt.

Ein flight_stats_summary. Csv-Datei der Informationen wird auch in der Python Shell im flight_scripts Verzeichnisdatenordner gedruckt. Diese repräsentativen Flugdaten wurden im Winter 2020 experimentell am Beispiel des feldmassierten J Hemmat Aloma aus Florida als Modell gewonnen.

In dieser Reihe von Versuchen wurden die Flugdaten erfolgreich für alle Kanäle ohne Rauschen oder Störungen aufgezeichnet. Bei dieser Analyse ging das aufgezeichnete Signal jedoch in Kanal drei verloren, wodurch die Spannung sofort auf Null Volt abfiel, möglicherweise aufgrund des Überquerens offener Drähte oder des Lösens von Drähten. Wie bei diesem Versuch beobachtet, waren die durch jede Umdrehung des Flugmühlenarms erzeugten Trogdiagnosedaten robust, was darauf hindeutet, dass sie weitgehend von der mittleren Spannung der Dateien abwichen.

In dieser Analyse, als das Standardisierungsintervall um den Mittelwert zunahm, zeigte die Anzahl der identifizierten Täler wenig Veränderung, was auf ein minimales Spannungsrauschen und eine genaue Standardisierung hindeutet. Im Gegensatz dazu waren die Täler bei diesem Flug entweder zu empfindlich oder wiesen extremistisches Spannungsrauschen auf, das nicht weitgehend von der mittleren Spannung der Datei abwich. Infolgedessen nahm die Anzahl der Täler erheblich ab, da das Standardisierungsintervall um den Mittelwert zunahm.

Individuelles Flugverhalten kann weiter in vier Flugkategorien charakterisiert werden, Bursts, Bursts zu Continuous, Continuous zu Bursts und Continuous. So kann der Anwender diese grafische Ausgabe nutzen, um ein allgemeines Flugverhalten trotz einzigartiger Variationen in einzelnen Tracks zu bewerten und zu identifizieren. Je mehr Insekten getestet werden können, desto mehr Möglichkeiten kann das Feld verstehen, wie sich Insekten bewegen.

Diese Methoden ermutigen Ökologen auch, neue Technologien zu verwenden, damit sie ihre eigenen Werkzeuge bauen können.