Balises radar harmoniques pour le suivi des insectes : légères, peu coûteuses et accessibles

L’utilisation de dispositifs de suivi pour suivre les mouvements des animaux a longtemps été une approche standard pour étudier le comportement et l’écologie des vertébrés. Cependant, jusqu’à relativement récemment, ces méthodes de suivi n’étaient pas disponibles pour les entomologistes en raison de la taille et de la masse prohibitives des dispositifs de suivi qui doivent être attachés. Les technologies fournies pour le suivi des insectes comprennent la radiotélémétrie, Bluetooth, RFID et le radar harmonique.

Parmi ceux-ci, la radiotélémétrie est la méthode la plus utilisée pour suivre les insectes plus gros. Il offre une portée de détection plus longue et des signaux uniques pour chaque insecte suivi, mais nécessite des étiquettes coûteuses qui ont une durée de conservation et une durée de vie limitées sur le terrain et sont lourdes, généralement d’au moins 150 milligrammes. En revanche, les balises radar harmoniques sont plus légères d’au moins un ordre de grandeur, peu coûteuses et ont des portées de détection qui permettent de suivre sur le terrain de nombreux insectes plus petits.

Le radar harmonique utilise un émetteur-récepteur qui émet à la fois un signal qui dynamise l’étiquette portée par l’insecte et reçoit le signal de retour à fréquence doublée envoyé par l’étiquette. Nous montrerons comment fabriquer deux tailles de balises radar harmoniques, chacune construite avec une diode Schottky et un fil de nitinol. Le fil de nitinol est un composant de conception essentiel car ce fil est flexible, permettant ainsi à un insecte marqué de se déplacer relativement librement, et revient facilement à une orientation droite, permettant un retour de signal maximal.

Nous ferons également la démonstration de l’utilisation d’un émetteur-récepteur standard commercialisé pour le sauvetage dans l’arrière-pays. Ensemble, des étiquettes peu coûteuses et des émetteurs-récepteurs prêts à l’emploi rendent cette technique de suivi des insectes très accessible aux entomologistes qui cherchent à étudier le comportement et l’écologie des insectes. Nous aborderons la fabrication d’étiquettes, l’attache d’étiquettes aux insectes, le suivi de ces insectes étiquetés, et nous vous fournirons des résultats de suivi représentatifs.

Voici les matériaux dont vous aurez besoin pour fabriquer vos étiquettes, les deux fils différents et les différentes tailles de diodes, ainsi qu’une variété de matériaux conducteurs. D’après notre expérience, nous avons constaté que l’époxy d’argent était la méthode la plus solide et la plus efficace, mais d’autres pourraient également être utilisées. Ici, vous pouvez voir les différentes épaisseurs de fil de nitinol utilisées respectivement dans les petites et grandes étiquettes.

Voici les deux tailles différentes de diodes que nous utiliserons pour nos balises. Ce sont les outils dont vous aurez besoin pour assembler vos balises. Les gabarits imprimés en 3D seront utilisés pour la découpe de fils et l’assemblage d’étiquettes.

Notez le document joint pour les conceptions d’impression 3D. Tout d’abord, nous allons montrer l’assemblage des grandes balises. Un élément essentiel de l’ensemble de l’étiquette est d’avoir la bonne longueur d’antenne, 8,25 centimètres pour la grande étiquette.

Le gabarit de mesure permet de couper facilement et de manière reproductible les fils à la longueur souhaitée. Tout d’abord, nous collons le fil au gabarit, enroulons le fil autour du gabarit, en maintenant une légère tension, et coupons les fils dans le canal comme indiqué. Avant de retirer soigneusement les fils du cylindre.

Pour préparer les diodes à la fixation du fil, fixez l’emballage des diodes au microscope. Tirez le couvercle vers l’arrière et retirez les diodes avec du ruban adhésif double face, tandis que les diodes sont dans le bon sens avec les contacts vers le haut pour faciliter la liaison de l’antenne. Un ruban fixe au gabarit.

Placez le papier cartonné parallèlement aux diodes de chaque côté et lissez les bords pour éviter que l’antenne ne colle au ruban. Alignez le fil à côté de la diode en préparation de la fixation et, sous un microscope, positionnez les fils de manière à ce qu’ils touchent un seul contact électrique. Il est important qu’ils ne touchent pas aux deux.

Appliquez un matériau conducteur sur chaque contact, en veillant à couvrir à la fois le point de contact et le fil. Veillez à ne pas étaler le matériau conducteur entre chaque contact. Réappliquez un matériau conducteur au besoin pour fixer chaque fil et assurer la conductivité électrique.

Ensuite, nous montrerons la fabrication de la petite étiquette qui utilise des longueurs de fil de nitinol de 4,1 centimètres. Fixez le fil au gabarit avec le ruban adhésif, en faisant attention de ne pas trop tendre le fil. Enroulez le fil autour du gabarit.

Et coupez le fil le long de la rainure. N’oubliez pas que chaque étiquette nécessite deux segments de ce fil. Pour préparer les diodes à la fixation, placez du ruban adhésif double face sur le gabarit.

Transférez les diodes sur la bande, en maintenant un espace approprié entre les diodes. Sous l’endoscope, assurez-vous que les contacts sont orientés vers le haut pour faciliter l’alignement du fil et de la diode. Réalignez-les au besoin et assurez-vous qu’ils sont enfoncés dans le ruban pour éviter tout mouvement.

Placez du ruban adhésif simple face le long des diodes pour élever le fil au niveau du contact et pour éviter que le fil ne colle au ruban sous-jacent. Lissez le ruban et placez les fils à proximité de la diode. Sous la lunette, placez le fil sur les points de contact avec soin pour éviter le chevauchement des fils.

Idéalement, votre alignement devrait ressembler à ceci. Ensuite, appliquez le matériau conducteur sur le contact et le fil et assurez-vous que le matériau conducteur ne s’écoule pas ensemble et n’inonde pas le plan de la diode. Voici à quoi devrait ressembler votre étiquette après le temps de durcissement approprié désigné par les instructions pour le matériau conducteur de votre choix.

Ici, vous pouvez voir la grande et la petite balise. Ensuite, nous montrerons comment attacher une grande étiquette à un insecte en utilisant le longicorne du Queensland comme exemple. Il existe plusieurs matériaux que vous utiliserez pour fixer les étiquettes aux insectes.

Nous ferons la démonstration de la fixation à l’aide d’adhésifs durcis aux UV. Deux autres adhésifs couramment utilisés sont les cyanoacrylates ou les colles thermofusibles. Tout d’abord, sécurisez le coléoptère pour faciliter l’accès au site de fixation.

Appliquez une goutte d’adhésif sur le site de fixation. Orientez l’étiquette et placez la diode avec les contacts électriques vers le bas sur le thorax. Une fois satisfait de la position de l’étiquette, durcissez la colle à l’aide d’une lumière UV sous différents angles pendant un total de 5 à 10 secondes.

Ensuite, nous démontrerons l’attachement de petites étiquettes à l’aide de mouches des fruits téphritides. Les petites étiquettes sont destinées à être utilisées avec des insectes de taille moyenne ou petite. Nous démontrerons l’attache de l’étiquette avec la mouche du melon et la mouche des fruits méditerranéenne.

Assurez-vous d’anesthésier vos mouches à quatre degrés centigrades. Versez une goutte de colle et plongez l’étiquette dans l’adhésif UV. Assurez-vous de rouler la diode dans la colle pour assurer une couverture complète.

Faites attention à ce qu’un excès d’adhésif ne se fixe pas au fil. Fixez l’insecte entre le pouce et l’index pour présenter le site d’attache. Orientez l’étiquette et placez-la longitudinalement sur la face dorsale du thorax de la mouche.

Déplacez l’étiquette d’avant en arrière pour étaler l’adhésif et assurer une connexion sûre. Encore une fois, lorsque vous êtes satisfait de l’emplacement de l’étiquette, durcissez l’adhésif à l’aide d’une lumière UV. Nous allons maintenant afficher à nouveau le processus de marquage.

Si ce processus est effectué sur le terrain, vous devrez exclure l’excès de lumière UV pour empêcher la colle de durcir avant d’être satisfait de la position de la diode. Le refroidissement des insectes sur le terrain peut se faire avec de la glace au lieu de les placer dans une pièce froide. Encore une fois, lors du durcissement à la lumière UV, polymérisez sous plusieurs angles pour assurer une forte fixation.

Enfin, nous démontrerons au microscope l’attachement des étiquettes avec la mouche méditerranéenne des fruits. Placez l’étiquette sur la surface dorsale du thorax et polymérisez-la avec de la lumière UV. Nous voyons ici des exemples de l’accessoire de poteau d’insecte étiqueté.

Notez que la position de l’étiquette empêche l’enlèvement par les efforts de nettoyage des insectes et semble faciliter le vol équilibré. Avec les mouches, nous avons constaté qu’une fixation transversale près du centre de masse semble conduire à l’inhibition du vol, ce qui pourrait déséquilibrer la mouche. Il est important de tester minutieusement la capacité de vol de l’accessoire d’étiquette d’insecte.

En règle générale, cela se fait en effectuant des tests dans un tube de vol. Ici, nous montrons des décollages représentatifs démontrant que les mouches sont capables de voler. Notez que les mouches se déplacent librement et ne semblent généralement pas encombrées par l’étiquette.

Ensuite, nous allons faire la démonstration de la grande balise en fonctionnement. Notez le son émis par l’émetteur-récepteur lorsqu’il est aligné avec l’étiquette. Et ici, vous pouvez voir le coléoptère avec l’étiquette attachée.

Ensuite, nous allons démontrer la plage de la grande balise. Un signal fort peut être détecté à environ 30 mètres. La distance maximale est d’environ 60 mètres.

Les petites balises ont une portée beaucoup plus courte. Un signal fort peut être détecté à environ 10 mètres. L’intensité du signal est également affectée par l’orientation de l’émetteur-récepteur par rapport à l’étiquette.

Lorsque l’étiquette et l’émetteur-récepteur sont alignés, nous obtenons notre signal maximum. Cependant, faites pivoter l’émetteur-récepteur de 90 degrés et maintenant l’étiquette et l’émetteur-récepteur sont mal alignés et nous obtenons un signal faible ou inexistant. La portée de détection et la taille de l’étiquette sont probablement les deux caractéristiques les plus importantes des étiquettes de suivi d’insectes.

Nous montrons ici des résultats représentatifs de la portée de détection maximale des grandes et petites balises fabriquées dans cette vidéo. 10 étiquettes de chaque taille ont été testées en plein champ. Le désalignement de l’étiquette et de l’émetteur-récepteur, ainsi que les interférences de la végétation, réduisent souvent la portée de détection dans des conditions de terrain.

D’après notre expérience, nous supposons une distance de détection d’environ 10 mètres pour les grandes étiquettes et de cinq mètres pour les petites étiquettes lorsque nous travaillons dans des arbres ou des grandes cultures. Enfin, nous aimerions partager les résultats d’une étude de suivi représentative avec QLB. Le but de cette étude était d’étudier les déplacements du longicorne du Queensland, car on sait peu de choses sur l’endroit où les coléoptères adultes passent du temps dans l’environnement.

Comme les coléoptères sont cryptiques, il est assez difficile de les localiser dans l’environnement sans une technique de suivi telle que le radar harmonique. Cette étude a été menée dans un peuplement d’arbres kukui sur la grande île d’Hawaï. Plusieurs coléoptères ont été marqués et relâchés au cours de cette étude.

Voici un exemple de la trajectoire empruntée par un coléoptère pendant cinq jours. Notez que le coléoptère a été suivi à plusieurs types d’endroits, y compris dans les arbres kukui et dans les feuilles mortes. Il s’agit d’une conclusion importante de cette étude.

Le QLB peut être très cryptique et les agriculteurs avaient souvent demandé où les coléoptères se cachaient autour des arbres. En suivant les QLB individuels, nous avons pu déterminer que les coléoptères étaient souvent dissimulés dans les feuilles sèches, ce qui les rendait difficiles à détecter. Dans ce protocole, nous avons démontré comment fabriquer deux tailles de balises radar harmoniques.

De plus, nous avons montré comment attacher ces étiquettes aux insectes à l’aide d’adhésifs durcis aux UV et démontré la portée de détection du signal. Ce protocole a été affiné pour permettre la fabrication simplifiée de nombreuses étiquettes HR à faible coût avec un minimum d’équipement de laboratoire spécialisé. De plus, le protocole devrait être accessible aux chercheurs ayant de l’expérience dans la manipulation d’objets sous une portée de dissection.

Nous vous recommandons de commencer par des étiquettes plus grandes pour développer des compétences dans la manipulation des diodes et l’application de l’adhésif conducteur avant d’essayer de fabriquer des étiquettes plus petites. Merci de nous avoir regardés, et nous espérons que cette vidéo vous a été utile. N’hésitez pas à nous contacter si vous avez des questions.