Este protocolo describe el proceso de construir un sistema híbrido insecto-máquina y llevar a cabo la estimulación eléctrica inalámbrica de los músculos de vuelo necesarios para controlar el movimiento de giro de un insecto volador.
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Artículo de método
Sistema híbrido de insectos-máquina: radio control remoto de un escarabajo que vuela libremente (
En este artículo
Resumen
Resumen
El aumento de los dispositivos electrónicos digitales de radio habilitado ha impulsado el uso de pequeñas grabadoras neuromusculares inalámbricas y estimuladores para el estudio de comportamiento de los insectos en vuelo. Esta tecnología permite el desarrollo de un sistema híbrido de insectos-máquina mediante una plataforma de insectos que viven descrito en este protocolo. Además, este protocolo presenta la configuración del sistema y los procedimientos experimentales de vuelo libre para la evaluación de la función de los músculos de vuelo en un insecto sin ataduras. Para la demostración, nos centramos en el tercer músculo axilar sclerite (3AX) para controlar y lograr girando a la izquierda oa la derecha de un escarabajo volador. Un electrodo de alambre de plata fina fue implantado en el músculo 3AX en cada lado del escarabajo. Estos se conectan a las salidas de una mochila inalámbrica (es decir, un estimulador neuromuscular eléctrica) montado en el pronoto del escarabajo. El músculo se estimuló en vuelo libre, alternando el lado de estimulación (izquierda o derecha) o variando la stimulation frecuencia. El escarabajo se volvió hacia el lado ipsilateral cuando el músculo se estimuló y exhibió una respuesta gradual a una frecuencia creciente. El proceso de implantación y calibración del volumen del sistema de cámara de captura de movimiento dimensional 3 deben llevarse a cabo con cuidado para evitar dañar el músculo y perder la pista del marcador, respectivamente. Este método es altamente beneficioso para estudiar el vuelo de insectos, ya que ayuda a revelar las funciones del músculo de vuelo de interés en vuelo libre.
Introducción
Un sistema híbrido insecto-máquina, a menudo denominado insecto cyborg o biobot, es la fusión de una plataforma de insectos vivos con un dispositivo electrónico montado en miniatura. El dispositivo electrónico, que es comandado de forma inalámbrica por un usuario remoto, emite una señal eléctrica para estimular eléctricamente los sitios neuromusculares en el insecto a través de electrodos de alambre implantados para inducir las acciones y comportamientos motores deseados por el usuario. En las primeras etapas de este campo de investigación, los investigadores se limitaron a realizar un registro inalámbrico de la acción muscular de un insecto, utilizando circuitos anal....
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Protocolo
1. Estudio de Animales
- escarabajos traseros individuales Mecynorrhina torquata (6 cm, 8 g) en envases de plástico por separado con ropa de cama de pellets de madera.
- Alimentar cada escarabajo de una taza de gelatina de azúcar (12 ml) cada 3 días.
- Mantener la temperatura y humedad de la habitación de crianza, a 25 ° C y 60%, respectivamente.
- Prueba de la capacidad de vuelo de cada escarabajo antes de implantar electrodos de alambre fino.
- tirar suavemente un escarabajo en el aire. Si el escarabajo puede volar durante más de 10 segundos durante 5 ensayos consecutivos, la conclusión de que el escarabajo tiene capacidad de....
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Resultados
El procedimiento de implantación de electrodos se presenta en la Figura 2 electrodos de hilo de plata fina se implantaron en el músculo 3AX del escarabajo través de pequeños agujeros perforados en la cutícula suave en el músculo (figuras 2d - e).. Esta cutícula suave se encuentra justo por encima del apodema del músculo basalar después de la eliminación de la parte anterior de la metepisternum (Figuras 2d - c).
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Discusión
El proceso de implantación es importante, ya que afecta a la fiabilidad del experimento. Los electrodos deben ser insertados en el músculo a una profundidad de 3 mm o menos, dependiendo del tamaño del escarabajo (evitando el contacto con los músculos cercanos). Si los electrodos tocan los músculos cercanos, acciones motoras y comportamientos indeseables pueden ocurrir debido a la contracción de los músculos cercanos. Los dos electrodos deben estar bien alineados para asegurar que no se produzcan cortocircuitos. Cuando l.......
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Divulgaciones
Los autores declaran que no existen conflictos de intereses.
Agradecimientos
Este material se basa en los trabajos apoyados por la Cátedra Asistente de Nanyang (NAP, M4080740), la Agencia para la Ciencia, Tecnología e Investigación (A*STAR), la Financiación de la Investigación del Sector Público (PSF, M4070190), A*STAR-JST (La Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón) (M4070198) y el Ministerio de Educación de Singapur (MOE2013-T2-2-049). Los autores desean agradecer al Sr. Roger Tan Kay Chia, al Prof. Low Kin Huat, al Sr. Poon Kee Chun, al Sr. Chew Hock See, al Sr. Lam Kim Kheong y al Dr. Mao Shixin de la Escuela de MAE por su apoyo en la creación y el mantenimiento de las instalaciones de investigación. Los autores agradecen al Prof. Michel ....
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Escarabajo Mecynorrhina torquata | Reino del escarabajo Taiwán | 10 g, 8 cm, la capacidad de carga paga es el 30% de la masa corporal Aprobación de importación y uso por parte de la Autoridad Agroalimentaria y Veterinaria de Singapur (AVA; Código del HS: 01069000, código de producto: ALV002). | |
| Estimulador de mochila inalámbrico | Custom | TI CC2431 micocontroler La tabla está hecha a medida en base a la placa GINA del Prof. Kris Pister' s laboratorio. El diseño del tablero GINA se puede encontrar en https://openwsn.atlassian.net/wiki/display/OW/GINA | |
| Mando a distancia de Wii Nintendo | Bluetooth para enviar el comando al operador portátil | ||
| BeetleCommander v1.8 | Custom. El grupo Maharbiz de la Universidad de California en Berkeley y el grupo Sato de la NTU | establecen la comunicación inalámbrica de la mochila y el portátil del operador. Configure los parámetros de estímulo y registre los datos de posición. Visualiza los datos de vuelo. | |
| Estación base GINA | Grupo Kris Pister en UC Berkeley | TI MSP430F2618 y AT86RF231 | |
| Sistema de captura de movimiento | VICON | T160 | 8 cámaras para una pista de vuelo de 12,5 m x 8 m x 4 m Sistema de |
| captura de movimiento | VICON | T40s | 12 cámaras para una pista de vuelo de 12,5 x 8 x 4 m |
| Micro batería | Fullriver | 201013HS10C | 3,7 V, 10 mAh |
| Cinta retrorreflectante | Reflexite | V92-1549-010150 | Cinta reflectante V92, color |
| plateado Alambre de plata con aislamiento de PFA | Sistemas A-M | 786000 | 127 y micro; m desnudo, 177.8 y micro; m recubierto, llama de plata desnuda de 3 mm expuesta en las puntas |
| SMT Micro Header | SAMTEC | FTSH-110-01-L-DV | 0,3 mm x 6 mm, doble para hacer un deslizador de 3 mm de largo para asegurar el electrodo en el cabezal de PCB. |
| Cera | Asegure los electrodos | ||
| Cera dental | Vértice | Inmovilizar el escarabajo | |
| Alfiler de insectos | ROBOZ | RS-6082-30 | Tamaño 00; 0,3 mm Diámetro de la varilla; 0,03 mm Ancho de la punta; 38 mm Longitud Hacer orificios para guiar los electrodos en la cutícula |
| Pinzas | DUMONT | RS-5015 | Patrón #5; .05 mm x .01 mm Tamaño de la punta; 110 mm Longitud Tijeras de disección e implantación |
| Tijeras de resorte | ROBOZ | RS-5620 | Vannas; Recto; filo de corte de 3 mm; 0,1 mm de ancho de la punta; Longitud total de 3" Disección e implantación |
| Soldador potable | DAIYO | DS241 | Cera de abejas por reflujo |
| Placa calefactora | CORNING | PC-400D | Cera de abejas y cera dental derretida |
| Lámpara fluorescente | Philips | TL5 14W | Ilumina toda la pista de vuelo con 30 paneles (60 x 60 cm2). Cada panel tiene 3 lámparas. 14 W, 549 mm x 17 mm |
Referencias
- 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 Ra....
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Reimpresiones y permisos
