Etiquetas de radar armónico para el seguimiento de insectos: ligeras, de bajo coste y accesibles

El uso de dispositivos de rastreo para seguir los movimientos de los animales ha sido durante mucho tiempo un enfoque estándar para estudiar el comportamiento y la ecología de los vertebrados. Sin embargo, hasta hace relativamente poco, estos métodos de rastreo no han estado disponibles para los entomólogos debido al tamaño prohibitivo y la masa de los dispositivos de rastreo que deben colocarse. La tecnología suministrada para el seguimiento de insectos incluye radiotelemetría, Bluetooth, RFID y radar armónico.

De estos, la radiotelemetría es el método más utilizado para rastrear insectos más grandes. Ofrece un rango de detección más largo y señales únicas para cada insecto rastreado, pero requiere etiquetas costosas que tienen una vida útil y de campo limitadas y son pesadas, generalmente de al menos 150 miligramos. Por el contrario, las etiquetas de radar armónicas son más ligeras en al menos un orden de magnitud, baratas y tienen rangos de detección que permiten el seguimiento de campo de muchos insectos más pequeños.

El radar armónico utiliza un transceptor que emite una señal que energiza la etiqueta transportada por el insecto y recibe la señal de retorno de frecuencia duplicada enviada por la etiqueta. Demostraremos cómo fabricar dos tamaños de etiquetas de radar armónico, cada una construida con un diodo Schottky y alambre de nitinol. El alambre de nitinol es un componente crítico del diseño, ya que este alambre es flexible, lo que permite que un insecto marcado se mueva relativamente libre y regresa fácilmente a una orientación recta, lo que permite el máximo retorno de la señal.

También demostraremos el uso de un transceptor comercial para el rescate en el campo. Juntos, las etiquetas económicas y los transceptores listos para usar hacen que esta técnica de seguimiento de insectos sea muy accesible para los entomólogos que buscan estudiar el comportamiento y la ecología de los insectos. Hablaremos sobre la fabricación de etiquetas, la colocación de etiquetas a los insectos, el seguimiento de estos insectos marcados y le proporcionaremos algunos resultados de seguimiento representativos.

Estos son los materiales que necesitará para hacer sus etiquetas, los dos cables diferentes y los diferentes tamaños de diodos, así como una variedad de materiales conductores. En nuestra experiencia, hemos encontrado que el epoxi de plata es el método más fuerte y efectivo, pero también se podrían usar otros. Aquí puede ver los diferentes grosores de alambre de nitinol utilizados en etiquetas pequeñas y grandes respectivamente.

Aquí están los dos tamaños diferentes de diodos que usaremos para nuestras etiquetas. Estas son las herramientas que necesitarás para ensamblar tus etiquetas. Las plantillas impresas en 3D se utilizarán para el corte de cables y el montaje de etiquetas.

Tenga en cuenta el documento adjunto para los diseños de impresión 3D. En primer lugar, mostraremos el montaje de las etiquetas grandes. Un componente crítico del ensamblaje de la etiqueta es tener la longitud correcta de la antena, 8,25 centímetros para la etiqueta grande.

La plantilla de medición se utiliza para cortar los cables de forma fácil y reproducible a la longitud deseada. Primero, pegamos el cable a la plantilla, envolvemos el cable alrededor de la plantilla, manteniendo una tensión ligera, y cortamos los cables en el canal como se muestra. Antes de retirar con cuidado los cables del cilindro.

Para preparar los diodos para la conexión de cables, asegure el empaque del diodo al microscopio. Tire hacia atrás de la cubierta y retire los diodos con cinta adhesiva de doble cara, mientras los diodos están en la orientación correcta con los contactos hacia arriba para facilitar la unión de la antena. Una cinta fija a la plantilla.

Coloque la cartulina paralela a los diodos a cada lado y alise los bordes para evitar que la antena se pegue a la cinta. Alinee el cable junto al diodo en preparación para la conexión y, bajo un microscopio, coloque los cables de modo que toquen un solo contacto eléctrico. Es importante que no toquen ambos.

Aplique material conductor a cada contacto, asegurándose de cubrir tanto el punto de contacto como el cable. Tenga cuidado de no esparcir el material conductor entre cada contacto. Vuelva a aplicar material conductor según sea necesario para asegurar cada cable y garantizar la conductividad eléctrica.

A continuación, mostraremos la fabricación de la pequeña etiqueta que utiliza longitudes de alambre de nitinol de 4,1 centímetros. Fije el cable a la plantilla con la cinta, teniendo cuidado de no tensar demasiado el cable. Enrolla el alambre alrededor de la plantilla.

Y corta el alambre a lo largo de la ranura. Recuerde que cada etiqueta requiere dos segmentos de este cable. Para preparar los diodos para la fijación, coloque cinta adhesiva de doble cara en la plantilla.

Transfiera los diodos a la cinta, manteniendo un espacio adecuado entre los diodos. Debajo del visor, asegúrese de que los contactos estén hacia arriba para facilitar la alineación del cable y el diodo. Vuelva a alinearlos según sea necesario y asegúrese de que estén presionados en la cinta para evitar que se muevan.

Coloque cinta adhesiva de un solo lado a lo largo de los diodos para elevar el cable al nivel del contacto y evitar que el cable se pegue a la cinta subyacente. Alise la cinta y coloque los cables en las proximidades generales del diodo. Debajo del visor, coloque el cable en los puntos de contacto con cuidado para evitar la superposición de cables.

Lo ideal es que la alineación se vea así. A continuación, aplique el material conductor al contacto y al cable y asegúrese de que el material conductor no fluya junto e inunde el plano del diodo. Este es el aspecto que debe tener su etiqueta después del tiempo de curado adecuado designado por las instrucciones para el material conductor de su elección.

Aquí puedes ver la etiqueta grande y pequeña. A continuación, demostraremos cómo colocar una etiqueta grande en un insecto utilizando el escarabajo de cuernos largos de Queensland como ejemplo. Hay varios materiales que utilizará para asegurar las etiquetas a los insectos.

Demostraremos la fijación utilizando adhesivos curados con UV. Otros dos adhesivos de uso común son los cianoacrilatos o los pegamentos de fusión fría. Primero, asegure el escarabajo para facilitar el acceso al sitio de fijación.

Aplique una gota de adhesivo en el sitio de fijación. Oriente la etiqueta y coloque el diodo con los contactos eléctricos hacia abajo sobre el tórax. Una vez que esté satisfecho con la posición de la etiqueta, cure el pegamento con una luz ultravioleta en una variedad de ángulos diferentes durante un total de 5 a 10 segundos.

A continuación, demostraremos la fijación de etiquetas pequeñas con moscas de la fruta Tephritid. Las etiquetas más pequeñas están diseñadas para su uso con insectos medianos o pequeños. Demostraremos la fijación de etiquetas con la mosca del melón y la mosca de la fruta del Mediterráneo.

Asegúrate de anestesiar a tus moscas a cuatro grados centígrados. Dispense una gota de pegamento y sumerja la etiqueta en el adhesivo UV. Asegúrese de enrollar el diodo en el pegamento para garantizar una cobertura completa.

Tenga cuidado para evitar que el exceso de adhesivo se adhiera al cable. Asegure el insecto entre el pulgar y el índice para presentar el sitio de fijación. Oriente la etiqueta y colóquela longitudinalmente en el lado dorsal del tórax de la mosca.

Mueva la etiqueta hacia adelante y hacia atrás para extender el adhesivo y garantizar una conexión segura. Una vez más, cuando esté satisfecho con la colocación de la etiqueta, cure el adhesivo con una luz ultravioleta. Ahora volveremos a mostrar el proceso de etiquetado.

Si este proceso se lleva a cabo en el campo, deberá excluir el exceso de luz ultravioleta para evitar que el pegamento se endurezca antes de estar satisfecho con la posición del diodo. Enfriar insectos en el campo se puede hacer con hielo en lugar de colocarlos en una habitación fría. Nuevamente, al curar con luz ultravioleta, cure desde múltiples ángulos para garantizar una fijación fuerte.

Por último, demostraremos la fijación de la etiqueta con la mosca mediterránea de la fruta bajo el microscopio. Coloque la etiqueta en la superficie dorsal del tórax y cúrela con luz ultravioleta. Aquí vemos ejemplos del archivo adjunto de publicación de insectos etiquetado.

Tenga en cuenta que la posición de la etiqueta evita la eliminación por los esfuerzos de limpieza de insectos y parece facilitar el vuelo equilibrado. En el caso de las moscas, hemos descubierto que una unión transversal cerca del centro de masa parece conducir a la inhibición del vuelo, lo que podría desequilibrar la mosca. Es importante probar a fondo la capacidad de vuelo del accesorio de etiqueta de publicación de insectos.

Por lo general, esto se hace mediante pruebas en un tubo de vuelo. Aquí mostramos despegues representativos que demuestran que las moscas son capaces de volar. Tenga en cuenta que las moscas se mueven libremente y, por lo general, parecen no estar estorbadas por la etiqueta.

A continuación, demostraremos la etiqueta grande en funcionamiento. Observe el sonido que hace el transceptor cuando está alineado con la etiqueta. Y aquí puedes ver el escarabajo con la etiqueta adjunta.

A continuación, demostraremos el alcance de la etiqueta grande. Se puede detectar una señal fuerte a unos 30 metros. La distancia máxima es de unos 60 metros.

Las etiquetas pequeñas tienen un alcance mucho más corto. Se puede detectar una señal fuerte a unos 10 metros. La intensidad de la señal también se ve afectada por la orientación del transceptor con respecto a la etiqueta.

Cuando la etiqueta y el transceptor están alineados, obtenemos nuestra señal máxima. Sin embargo, gire el transceptor 90 grados y ahora la etiqueta y el transceptor están desalineados y obtenemos una señal débil o nula. El rango de detección y el tamaño de la etiqueta son probablemente las dos características más importantes de las etiquetas de seguimiento de insectos.

Aquí mostramos resultados representativos para el rango máximo de detección de las etiquetas grandes y pequeñas fabricadas en este video. Se probaron 10 etiquetas de cada tamaño en campo abierto. La desalineación de la etiqueta y el transceptor, junto con la interferencia de la vegetación, a menudo reduce el rango de detección en condiciones de campo.

En nuestra experiencia, asumimos una distancia de detección de aproximadamente 10 metros para etiquetas más grandes y de cinco metros para etiquetas más pequeñas cuando se trabaja en cultivos de árboles o campos. Por último, nos gustaría compartir los resultados de un estudio de seguimiento representativo con QLB. El objetivo de este estudio fue investigar el movimiento del escarabajo de cuernos largos de Queensland, ya que se sabe poco sobre dónde pasan el tiempo los escarabajos adultos en el medio ambiente.

Como los escarabajos son crípticos, es bastante difícil localizarlos en el entorno sin una técnica de seguimiento como el radar armónico. Este estudio se llevó a cabo en un rodal de árboles kukui en la Isla Grande de Hawái. Múltiples escarabajos fueron marcados y liberados durante el curso de este estudio.

Este es un ejemplo del camino que tomó un escarabajo en el transcurso de cinco días. Tenga en cuenta que el escarabajo fue rastreado a múltiples tipos de lugares, incluso en lo alto de los árboles kukui y en las hojas muertas. Este fue un hallazgo importante de este estudio.

QLB puede ser muy críptico y los agricultores a menudo preguntaban dónde se escondían los escarabajos alrededor de los árboles. Al rastrear QLB individual, pudimos determinar que los escarabajos a menudo estaban ocultos en las hojas secas, lo que los dificultaba su detección. En este protocolo, hemos demostrado cómo fabricar dos tamaños de etiquetas de radar armónicas.

Además, hemos mostrado cómo colocar estas etiquetas en insectos utilizando adhesivos curados con UV y hemos demostrado el rango de detección de señales. Este protocolo se ha perfeccionado para permitir la fabricación simplificada de muchas etiquetas HR de bajo costo con un equipo de laboratorio especializado mínimo. Además, el protocolo debe ser accesible para los investigadores con experiencia en la manipulación de objetos bajo un visor de disección.

Recomendamos comenzar con etiquetas más grandes para desarrollar habilidades en la manipulación de los diodos y la aplicación del adhesivo conductor antes de intentar hacer etiquetas más pequeñas. Gracias por verlo y esperamos que este video haya sido útil. No dude en ponerse en contacto con nosotros si tiene alguna pregunta.