Name: טיסה חרקים באיתור ובסיווג עם חיישנים זולים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-10-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 16 s
Description: למדו לזהות ולסווג חרקים מעופפים באמצעות חיישנים פסאודו-אקוסטיים זולים. השיטה מציעה מעקב דיגיטלי בזמן אמת עם דיוק גבוה יותר משיטות מסורתיות כמו מלכודות דביקות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

ברצוננו להודות לקרן אמריקה וודאפון, ביל ומלינדה גייטס, וסאו פאולו קרן המחקר (FAPESP) למימון מחקר זה. כמו כן, אנו רוצים להודות לחברי סגל רבים מהמחלקה לאנטומולוגיה באוניברסיטת קליפורניה, ריברסייד, לעצתם על הפרויקט הזה.

<ol><li>Kahn, M. C., Celestin, W., Offenhauser, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recording+of+sounds+produced+by+certain+disease-carrying+mosquitoes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Recording of sounds produced by certain disease-carrying mosquitoes.</a> Science. 101 (2622), 335-336 (1945).</li>
<li>Reed, S. C., Williams, C. M., Chadwick, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+of+wing-beat+as+a+character+for+separating+species+races+and+geographic+varieties+of+Drosophila%5BTitle%5D)+AND+%22Genetics%22%5BJournal%5D)">Frequency of wing-beat as a character for separating species races and geographic varieties of Drosophila.</a> Genetics. 27 (3), 349(1942).</li>
<li>Belton, P., Costello, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flight+sounds+of+the+females+of+some+mosquitoes+of+Western+Canada%5BTitle%5D)+AND+%22Entomologia+experimentalis+et+applicata%22%5BJournal%5D)">Flight sounds of the females of some mosquitoes of Western Canada.</a> Entomologia experimentalis et applicata. 26 (1), 105-114 (1979).</li>
<li>Mankin, R. W., Machan, R., Field Jones, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((testing+of+a+prototype+acoustic+device+for+detection+of+Mediterranean+fruit+flies+flying+into+a+trap%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+7th+Int+Symp+Fruit+Flies+of+Economic+Importance%22%5BJournal%5D)">testing of a prototype acoustic device for detection of Mediterranean fruit flies flying into a trap.</a> Proc. 7th Int Symp Fruit Flies of Economic Importance. , 10-15 (2006).</li>
<li>Raman, D. R., Gerhardt, R. R., Wilkerson, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+insect+flight+sounds+in+the+field+Implications+for+acoustical+counting+of+mosquitoes%5BTitle%5D)+AND+%22Transactions+of+the+ASABE%22%5BJournal%5D)">Detecting insect flight sounds in the field Implications for acoustical counting of mosquitoes.</a> Transactions of the ASABE. 50 (4), 1481Forthcoming.</li>
<li>Moore, A., Miller, J. R., Tabashnik, B. E., Gage, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+identification+of+flying+insects+by+analysis+of+wingbeat+frequencies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+economic+entomology%22%5BJournal%5D)">Automated identification of flying insects by analysis of wingbeat frequencies.</a> Journal of economic entomology. 79 (6), 1703-1706 (1986).</li>
<li>Moore, A., Miller, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+identification+of+optically+sensed+aphid+%28Homoptera%3A+Aphidae%29+wingbeat+waveforms%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+Entomological+Society+of+America%22%5BJournal%5D)">Automated identification of optically sensed aphid (Homoptera: Aphidae) wingbeat waveforms.</a> Annals of the Entomological Society of America. 95 (1), 1-8 (2002).</li>
<li>Li, Z., Zhou, Z., Shen, Z., Yao, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+identification+of+mosquito+%28diptera%3A+Culicidae%29+wingbeat+waveform+by+artificial+neural+network%5BTitle%5D)+AND+%22Artificial+Intelligence+Applications+and+Innovations%22%5BJournal%5D)">Automated identification of mosquito (diptera: Culicidae) wingbeat waveform by artificial neural network.</a> Artificial Intelligence Applications and Innovations. , 483-489 (2005).</li>
<li>Moore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial+neural+network+trained+to+identify+mosquitoes+in+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+insect+behavior%22%5BJournal%5D)">Artificial neural network trained to identify mosquitoes in flight.</a> Journal of insect behavior. 4 (3), 391-396 (1991).</li>
<li>Halevy, A., Norvig, P., Pereira, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+unreasonable+effectiveness+of+data%5BTitle%5D)+AND+%22Intelligent+Systems%2C+IEEE%22%5BJournal%5D)">The unreasonable effectiveness of data.</a> Intelligent Systems, IEEE. 24 (2), 8-12 (2009).</li>
<li>Mitigating the paucity-of-data problem exploring the effect of training corpus size on classifier performance for natural language processing. Banko, M., Brill, E. Proceedings of the first international conference on Human language technology research, , Association for Computational Linguistics. Stroudburg, PA. 1-5 (2001).</li>
<li>Shotton, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+human+pose+recognition+in+parts+from+single+depth+images%5BTitle%5D)+AND+%22Communications+of+the+ACM%22%5BJournal%5D)">Real-time human pose recognition in parts from single depth images.</a> Communications of the ACM. 56 (1), 116-124 (2013).</li>
<li>Ilyas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Classifying+insects+on+the+fly%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Informatics%22%5BJournal%5D)">Classifying insects on the fly.</a> Ecological Informatics. , (2013).</li>
<li>Mack, Y. P., Rosenblatt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multivariate+k-nearest+neighbor+density+estimates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Multivariate+Analysis%22%5BJournal%5D)">Multivariate k-nearest neighbor density estimates.</a> Journal of Multivariate Analysis. 9 (1), 1-15 (1979).</li>
<li>Benedict, M., Robinson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+first+releases+of+transgenic+mosquitoes+an+argument+for+the+sterile+insect+technique%5BTitle%5D)+AND+%22TRENDS+in+Parasitology%22%5BJournal%5D)">The first releases of transgenic mosquitoes an argument for the sterile insect technique.</a> TRENDS in Parasitology. 19 (8), 349-355 (2003).</li>
<li>Chen, Y. Supporting Materials. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://sites.google.com/site/insectclassification">https://sites.google.com/site/insectclassification</a> Forthcoming.</li>
<li>Chen, Y., Why, A., Batista, G., Mafra-Neto, A., Keogh, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flying+Insect+Classification+with+Inexpensive+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Insect%22%5BJournal%5D)">Flying Insect Classification with Inexpensive Sensors.</a> Journal of Insect. 27 (5), 657-677 (2014).</li>
</ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

מסגרת חיישן / הסיווג המתואר כאן מאפשרת סיווג הזול וניתן להרחבה של חרקים מעופפים. דיוקי השגה על ידי המערכת טובים מספיק כדי לאפשר הפיתוח של מוצרים מסחריים ויכולים להיות כלי שימושי במחקר האנטומולוגי. היכולת להשתמש בחיישנים זולים, לא פולשנית בדייקנות ובאופן אוטומטי לסווג חרקים מעופפים תהיה השלכות משמעותיות על מחקר האנטומולוגי. לדוגמא, על ידי פריסת המערכת בתחום לספור ולסווג וקטורי חרקים, המערכת יכולה לספק סעיפים של מי...

הרעיון של סיווג אוטומטי של חרקים באמצעות הקול הנלווה של הטיסה שלהם שתחילתה בימים הראשונים של מחשבים וציוד זמין מסחרי הקלטת אודיו 1. עם זאת, התקדמות מועטת נעשתה על בעיה זו בעשורים שחלפו. חוסר ההתקדמות במרדף הזה ניתן לייחס לגורמים קשורים כמה. ראשית, חוסר חיישנים יעילים הפך את איסוף הנתונים קשה. רוב המאמצים לאסוף נתונים השתמשו מיקרופוני אקוסטי 2-5. מכשירים כאלה רגישים במיוחד לרוח רעש ורעש הסביבה בסביבה, וכתוצאה מכך הנתונים מאוד דלילים ואיכות נמוכה. שנית, הרכבה בעיות איכות נתונים אלה היא העובדה שחוקרים רבים ניסו ללמוד מודלים סיווג מאוד מסובכים, במיוחד רשתות עצביות 6-8. מנסה ללמוד מודלים סיווג מסובכים, עם עשרות בלבד של דוגמאות,הוא מתכון להתאמת יתר. שלישית, בקשיים של נתוני קבלת יש משמעות דבר כי חוקרים רבים ניסו לבנות מודלים סיווג עם נתונים מאוד מוגבלים, כמה כמו 300 מקרים 9 או פחות. עם זאת, ידוע כי לבניית מודלים סיווג מדויקים, יותר נתונים הוא טובים יותר 10-13. עבודה זו מתייחסת לכל שלושת נושאים. אופטי חיישנים (ולא אקוסטי) ניתן להשתמש כדי להקליט את &quot;קול&quot; של טיסת חרקים ממטרים, עם invariance מלא לרוח רעש וקולות סביבה. חיישנים אלה אפשרו ההקלטה של ​​מיליון מקרי אימון שכותרתו, הרבה יותר נתונים מאשר כל המאמצים הקודמים בשילוב, ובכך לסייע במניעת מאמצי מחקר הקודמים אשר הטריד הולם מעל. שיטה עקרונית מוצגת להלן, המאפשרת שילוב של מידע נוסף למודל הסיווג. מידע נוסף זה יכול להיות כיומיומי וכפי שקל להשגה כמו בזמן של היום, אך עדיין לייצר רווחים משמעותיים ברמת דיוק של המודל. לבסוף, הוא הוכיח כי הכמויות עצומות של נתונים שאספנו תאפשר לנו לנצל את &quot;יעילות בלתי סבירה של נתונים&quot; 10 לייצר מסווגים פשוט, מדויקת וחזקה. לסיכום, סיווג חרקים מעופף עבר מעבר לטענות המפוקפקות שנוצרו במעבדת המחקר וכעת הוא מוכן לפריסה בעולם האמיתי. החיישנים והתוכנה שהוצגו בעבודה זו יספק לחוקרים ברחבי העולם כלים חזקים כדי להאיץ את המחקר שלהם.

<table><tbody><tr><td>מקליט אודיו: ICD-PX312</td><td>Sony</td><td>4-267-065-11(2)</td><td>עם זיכרון microSD נוסף של 8 ג'יגה-בייט</td></tr><tr><td></td><td>האקווריום של חרקים לי & מוצרים לחיות מחמד.</td><td>20088 HerpHaven&reg;, מלבן גדול</td><td>14 1/2 אינץ' אורך x 8 3/4 אינץ' רוחב x 9 3/4 אינץ' גובה. מותאם לחרקים ביתיים.</td></tr><tr><td>מחולל קו לייזר, 650 ננומטר (אדום)</td> <td>Apinex (www.apinex.com)</td> <td>LN60-650</td><td>5 mW. זהו לייזר בעל הספק נמוך, בדומה למערך מצביע לייזר של מורה</td></tr><tr><td></td><td>VISHAY SEMICONDUCTOR&nbsp; TEFD4300&nbsp; פוטודיודה PIN, 650NM, 20DEG, T1</td><td>TEFD4300</td><td>יצרנו מערך מותאם אישית של 15 מהפוטודיודות הללו מחווטות במקביל.</td></tr><tr><td>מעגל משולב ממיר אנלוגי לדיגיטלי</td><td>בהתאמה אישית במעבדה</td><td></td> שלנו <td>ייצרנו את הפריט הזה בעצמנו, אבל מוצר מסחרי זמין בקלות, Gino PCF8591 AD/DA Converter, מספק את אותה פונקציונליות.</td></tr></tbody></table>

טיסה חרקים באיתור ובסיווג עם חיישנים זולים

Flying Insect Detection and Classification with Inexpensive Sensors

מערכת זולה, לא פולשנית שיכול במדויק לסווג חרקים מעופפים תהיה ההשלכות חשובות למחקר האנטומולוגי, ולאפשר לפיתוח יישומים שימושיים רבים בוקטור והדברה עבור שתי אנטומולוגיה הרפואית וחקלאית. לאור זאת, שישים השנה האחרונה ראתה את מאמצי מחקר רבים שהוקדשו למשימה זו. עד כה, עם זאת, אף אחד ממחקר זה יש לו השפעה ארוכת טווח. בעבודה זו, אנו מראים כי חיישנים אופטיים פסאודו אקוסטי יכולים לייצר נתונים מעולים; כי תכונות נוספות, שניהם פנימיים וחיצוני לחרק טיסת התנהגות, ניתן לנצל כדי לשפר את סיווג חרקים; שגישת סיווג בייס מאפשרת ללמוד ביעילות מודלים סיווג, כי הם מאוד חזקים כדי הולמים מעל, ומסגרת סיווג כללית מאפשרת לשלב מספר שרירותי של תכונות בקלות. אנו מדגימים את הממצאים בניסויים בקנה מידה גדולה שמגמדים את כל העבודות הקודמות COMBIנד, כפי שהיא נמדדת על ידי המספר של חרקים ומספר המינים נחשבים.

שני ניסויים מוצגים כאן. עבור שני הניסויים, הנתונים המשמשים נדגמו באופן אקראי מתוך מאגר הנתונים המכילים למעלה מ 100,000 אובייקטים. הניסוי הראשון מראה את היכולת של מסווג הציעו לסווג במדויק מינים / מינים שונים של חרקים. כדיוק הסיווג תלוי בחרקים לסיווג, ערך מוחלט יחיד לדיוק סיווג לא לתת לקורא אינטואיציה טובה לגבי הביצועים של המערכת. במקום זאת, ולא דיווח על הדיוק של מסווג על סט קבוע של חרקים, מסווג היה מוחל על מערכי נ...

הצענו מערכת שמשתמשת בחיישנים זולים, לא פולשנית פסאודו אקוסטי אופטיים באופן אוטומטי ומדויק לאתר, לספור, ולסווג את חרקים מעופפים המבוססים על קול הטיסה שלהם.

An inexpensive, noninvasive system that could accurately classify flying insects would have important implications for entomological research, and allow ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא לזהות ולזהות חרקים מעופפים על סמך צליל פעימות הכנפיים שלהם. זה מושג על ידי שימוש תחילה בחיישן אקוסטי פסאודו כדי להקליט צליל באופן רציף בתא ניסוי. השלב השני הוא זיהוי אוטומטי של קולות מעופפי החרקים מההקלטה הגולמית.השלב האחרון הוא לסווג אוטומטית את קולות התעופה שזוהו כדי לזהות את מיני החרקים ואת המין. בסופו של דבר, איורים וטבלאות משמשים להצגת דיוק הסיווג. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא פשוטה, זולה, וניתן להפוך אותה לכל מקום כמו השיטות הנוכחיות כמו נסיעות דביקות וטיולי התערבות, אך עם יתרונות דיגיטליים כמו דיוק גבוה יותר וניטור בזמן אמת.כדי להתחיל בניסוי, יש לגדל זחלי יתושים במחבתות אמייל בתנאי מעבדה סטנדרטיים. האכילו אותם בתערובת של צ'או מכרסמים טחונים ושמרי בירה ביחס של שלושה לאחד. לאחר מכן, אספו גולמי יתושים בכוסות של 200 מיליליטר או אספו יתושים בוגרים והניחו אותם בתאי ניסוי.ודא שכל תא ניסוי מכיל 20 עד 40 פרטים מאותו מין ומאותו מין. אכלו יתושים בוגרים, תערובת של 10% סוכרוז ומים, והחליפו את המזון פעם בשבוע, מגבות לחות וכותנה פעמיים בשבוע, והניחו אותם על גבי תאי הניסוי כדי לשמור על לחות. בנוסף, שמור מי ברז של 200 מיליליטר בתא בכל עת.שמור על תאי הניסוי במחזור אור עד חושך של 16 עד שמונה שעות ב-20.5 עד 22 מעלות צלזיוס ו-30 עד 50% לחות למשך הניסוי. חבר את

flying-insect-detection-and-classification-with-inexpensive-sensors

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

אנו מציגים הליך כירורגי חדשני להשתלת אלקטרודות במנדוקה סקסטה בשלבי המטמורפוזה המוקדמים שלה. טכניקה זו מאפשרת צימוד יציב מכנית ואמין חשמלית עם הרקמה העצבית-שרירית כדי לחקור את הדינמיקה של נוירופיזיולוגיה של טיסה. אנו מציגים גם פלטפורמת ריחוף מגנטית חדשה למחקרים קשורים של פיהוק חרקים.

מותמרים החדרת טכנולוגיה מוקדמת לניטור התנהגות החרקים טיסה

אנו מתארים פרוטוקול לשימוש באנטנות חרקים בצורה של אלקטרואנטנוגרמות (EAGs) על רובוטים אוטונומיים. העיצוב הניסיוני שלנו מאפשר הקלטות יציבות תוך יום ופותר כתמי ריח בודדים עד 10 הרץ. היעילות של חיישני EAG לחיפושי ריח מודגמת בהנעת רובוט לעבר מקור ריח.

באמצעות חיישני Electroantennogram חרקים על אוטונומי רובוטים לחיפושי חוש הריח

מעוף בחרקים מושפע ממספר גורמים והנטייה להתפזר היא משתנה חשוב בהבנת אקולוגיה של חרקים ואסטרטגיות הדברה ביולוגיות. אנו מתארים בנייה ושימוש בטחנת טיסה פשוטה, זולה יחסית וגמישה למדידת פרמטרים של תעופה קשורה בחרקים.

טיסת מיל פשוט לחקר Tethered הטיסה בחרקים

היכולת למקם מקור ריח היא הכרחית להישרדות חרק והוא צפויה לחול על מעקב ריח מלאכותי. הרובוט שבשליטת החרקים מונע על ידי silkmoth בפועל ומאפשר לנו להעריך את יכולת מעקב הריח של חרקים באמצעות פלטפורמה רובוטית.

חרקים שבשליטת רובוט: פלטפורמת רובוט נייד על מנת להעריך את יכולת ריח המעקב של חרק

אנו פיתח טחנה טיסה בעלות נמוכה וקטן, נבנה עם פריטים זמינים בדרך כלל, בשימוש בקלות ניסויים. באמצעות מערכת זו, מדדנו את יכולת הטיסה חיפושית אמברוזיה, ברווזן quercivorus.

מדידת היכולת טיסה של החיפושית אמברוזיה, ברווזן Quercivorus (Murayama), באמצעות בעלות נמוכה, קטנה, טיסה מתוכננת בקלות מיל

מדידה של התגלות החרקים דפוסי דורש דיוק. מערכות קיימות הם רק חצי אוטומטיות וגודל דוגמה הוא מוגבל. אנחנו פתרנו בעיות אלה על-ידי עיצוב מערכת באמצעות בקרים למדוד בדיוק בזמן הופעתה של מספרים גדולים של חרקים המתעוררים.

מערכת אוטונומית ומדויק עבור זיהוי דפוסי התגלות החרקים

כאן, אנו מתארים את הבנייה ואת השימוש במנהרת רוח עבור ריח מתווכת מבחני התנהגותי עם חרקים. העיצוב מנהרת רוח מקלה על שחרורו של ריח מקורות באמצעות מספר שיטות, עם וללא גירויים חזותיים. מנהרת רוח ניסויים הם אמצעי חשוב לזיהוי כימיקלים נדיפים פעיל בהתנהגותו.

במנהרת רוח עבור ריח מתווכת מבחני התנהגותי חרקים

פרוטוקול זה משתמש במדפסות תלת-ממדיות (תלת-ממדיות) ובחותך לייזר הנמצאים ב-makerspaces כדי ליצור עיצוב גמיש יותר של טחנת הטיסה. באמצעות טכנולוגיה זו, חוקרים יכולים להפחית עלויות, לשפר את גמישות העיצוב, וליצור עבודה לשחזור בעת בניית טחנות הטיסה שלהם למחקרי טיסת חרקים קשורים.

בניית טחנת טיסה משופרת לחקר טיסת חרקים קשורים

מחקר זה מציג פרוטוקולים ניסיוניים עבור מזל"ט גילוי ריח ביו-היברידי המבוסס על אנטנות משי. הפעלת מכשיר אלקטרואנטנוגרם ניסיוני עם אנטנות משי מוצגת, בנוסף למבנה של מזל"ט ביו-היברידי המיועד לוקליזציה של מקור ריח באמצעות אלגוריתם נחשול הספירלה.

רחפן גילוי ריח ביו-היברידי מבוסס אלקטרואנטנוגרפיה באמצעות אנטנות Silkmoth עבור לוקליזציה של מקור ריח

כדי לחקור את ההשפעות של אור מלאכותי בלילה (ALAN) על חרקים מעופפים ליליים, יש להגביל את הדגימה לשעות הלילה. הפרוטוקול מתאר מלכודת יירוט טיסה אוטומטית בעלות נמוכה המאפשרת לחוקרים לדגום בתקופות המוגדרות על ידי המשתמש עם שכפול מוגבר.

מלכודת יירוט טיסה אוטומטית בעלות נמוכה עבור תת-דגימה זמנית של חרקים מעופפים הנמשכים לאור מלאכותי בלילה

פרוטוקול זה מציג את השיטות ליצירה, הצמדה ומעקב אחר תגי מכ"ם הרמוניים עבור חרקים.

תגי מכ"ם הרמוניים למעקב אחר חרקים: קל משקל, בעלות נמוכה ונגיש

למדו לזהות ולסווג חרקים מעופפים באמצעות חיישנים פסאודו-אקוסטיים זולים. השיטה מציעה מעקב דיגיטלי בזמן אמת עם דיוק גבוה יותר משיטות מסורתיות כמו מלכודות דביקות.

טיסה חרקים באיתור ובסיווג עם חיישנים זולים

גלה סרטונים נוספים