Volare Insetto rilevamento e classificazione con sensori Economico
15 ottobre 2014
Abbiamo proposto un sistema che utilizza poco costoso, sensori non invasivi pseudo-acustico ottici per rilevare automaticamente e con precisione, contare e classificare insetti base al loro suono volare volare.
L'obiettivo generale di questa procedura è rilevare e identificare gli insetti volanti in base al suono del battito delle ali. Ciò si ottiene utilizzando prima un sensore pseudo acustico per registrare continuamente il suono in una camera sperimentale. Il secondo passo consiste nel rilevare automaticamente i suoni di volo degli insetti dalla registrazione grezza.
Il passaggio finale consiste nel classificare automaticamente i suoni volanti rilevati per identificare la specie di insetti e il sesso. In definitiva, le cifre e le tabelle vengono utilizzate per mostrare l'accuratezza della classificazione. Il vantaggio principale di questa tecnica è che è semplice, poco costosa e può essere resa onnipresente come i metodi attuali come i viaggi appiccicosi e i viaggi di intercessione, ma con vantaggi digitali come una maggiore precisione e il monitoraggio in tempo reale.
Per iniziare l'esperimento, allevare le larve di zanzara in vaschette smaltate in condizioni di laboratorio standard. Nutrili con una miscela di cibo macinato per roditori e lievito di birra in un rapporto di tre a uno. Successivamente, raccogli i pupi di zanzara in tazze da 200 millilitri o raccogli gli adulti di zanzara e mettili in camere sperimentali.
Assicurati che ogni camera sperimentale contenga da 20 a 40 individui della stessa specie e sesso. Mangia zanzare adulte, una miscela di saccarosio al 10% e acqua e sostituisci il cibo una volta alla settimana, asciugamani umidi e di cotone due volte a settimana e posizionali sopra le camere sperimentali per mantenere l'umidità. Inoltre, tieni sempre una tazza da 200 millilitri di acqua del rubinetto nella camera.
Mantenere le camere sperimentali su un ciclo da luce a buio da 16 a 8 ore a 20,5-22 gradi Celsius e dal 30 al 50% di umidità per tutta la durata dell'esperimento. Collegare la camera sperimentale a un alimentatore e accendere l'alimentazione. Allineare le luci laser all'array di foto regolando i magneti fino a quando il laser non è centrato su tutti i singoli fotodiodi.
Successivamente, esegui due controlli di integrità assicurandoti prima che il sistema sia alimentato e che il laser sia puntato verso l'array di foto. In secondo luogo, collegare l'altoparlante al jack audio per verificare se gli allineamenti del laser e dell'array di foto sono in grado di catturare il suono. Immergi una mano dentro e fuori dalla gabbia vicino all'estremità della sorgente laser.
Assicurati che la luce laser sia sulla mano e ascolta per vedere se il suono cambia. Mentre la mano entra ed esce, attacca una corda a uno spazzolino elettronico e accendi lo spazzolino. Assicurati che la luce laser sia accesa.
Quindi sposta la corda nel piano laser e ascolta per vedere se il suono cambia. Dopo che il sistema è stato configurato correttamente, aggiungi gli insetti alla gabbia e chiudi il coperchio. Per iniziare la raccolta dei dati, accendere il registratore ed eseguire un'annotazione vocale che includa le seguenti informazioni e mettere in pausa la registrazione.
Quindi, collegare il registratore al sistema e riprendere la registrazione per tre giorni. Scaricare i dati dal registratore in una nuova cartella e svuotare il registratore eliminando i dati. Ripetere il processo di registrazione fino a quando gli insetti rimanenti non sono morti e non sono rimasti in vita più di cinque insetti nella gabbia.
Per elaborare i dati, eseguire il software di rilevamento circadiano WBF per ogni cartella contenente i dati di una sessione di registrazione, aprire MATLAB e digitare nella finestra di comando per modificare la directory di lavoro MATLAB nella directory del codice ed eseguire il codice circadiano WBF. Quindi premere invio per iniziare. Una volta terminato l'algoritmo, controllare i risultati del rilevamento che l'algoritmo produce in una nuova cartella, il classificatore raggiunge un'accuratezza superiore al 96% quando si classificano non più di cinque specie di insetti, come dimostrato dalla tabella, che mostra l'accuratezza della classificazione ottenuta con l'aumentare del numero di classi.
Quando il numero di classi aumenta a 10, l'accuratezza non è mai inferiore al 79%Questo tannico può aiutare a combattere la malattia inata come il materiale producendo informazioni reali che possono essere utilizzate per pianificare efficacemente il programma di separazione. Può anche aiutare gli agricoltori a limitare la diffusione dei danni incidenti sulle loro colture monitorando i parassiti sul campo.
Visualizza la trascrizione completa e accedi a migliaia di video scientifici
Panoramica
Questo studio presenta un sistema che utilizza sensori ottici pseudo-acustici economici e non invasivi per rilevare, classificare e contare insetti volanti in base ai suoni prodotti dal battito delle loro ali. Il metodo offre un'alternativa digitale alle tecniche tradizionali di monitoraggio degli insetti, fornendo una maggiore accuratezza e dati in tempo reale.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Monitoraggio degli insetti
- Tecnologia di rilevamento acustico
- Classificazione delle specie
Sfondo
- I metodi tradizionali per il monitoraggio degli insetti includono trappole adesive e trappole a intercettazione.
- Questi metodi possono presentare limitazioni in termini di accuratezza e raccolta di dati in tempo reale.
- I progressi nella tecnologia di rilevamento acustico offrono nuove opportunità per la rilevazione degli insetti.
- Comprendere le popolazioni di insetti è fondamentale per gli studi ecologici e la gestione dei parassiti.
Scopo dello studio
- Sviluppare un sistema per il rilevamento automatico dei suoni prodotti dagli insetti volanti.
- Classificare i suoni rilevati al fine di identificare la specie e il sesso degli insetti.
- Dimostrare i vantaggi di questo metodo rispetto alle tecniche tradizionali di monitoraggio.
Metodi Utilizzati
- Registrazione continua del suono mediante sensori pseudo-acustici in una camera sperimentale.
- Rilevamento automatico dei suoni del volo degli insetti da registrazioni audio grezze.
- Classificazione dei suoni rilevati per determinare la specie e il sesso.
- Utilizzo di figure e tabelle per presentare i risultati relativi all'accuratezza della classificazione.
Risultati principali
- Il sistema ha rilevato e classificato con successo diverse specie di insetti volanti.
- I risultati hanno indicato una maggiore accuratezza rispetto ai metodi tradizionali.
- Sono state dimostrate capacità di monitoraggio in tempo reale.
- Il metodo è economico e facile da implementare.
Conclusioni
- Questo studio presenta un'alternativa praticabile per il monitoraggio degli insetti.
- Il sistema proposto migliora l'accuratezza e l'efficienza nel rilevamento degli insetti volanti.
- Applicazioni future potrebbero portare a strategie migliorate di monitoraggio ecologico e controllo dei parassiti.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo studio descrive un sistema sensoriale economico e non invasivo per rilevare e classificare insetti volanti in base ai suoni prodotti dal battito delle ali, offrendo un'alternativa scalabile ai metodi tradizionali di monitoraggio entomologico. L'approccio fornisce dati in tempo reale ad alta accuratezza che possono supportare programmi di sorveglianza dei vettori e di gestione dei parassiti in ambito entomologico agricolo e medico. Abilitando un monitoraggio continuo con infrastrutture minime, il sistema aumenta l'affidabilità predittiva nella validazione precoce di bersagli per interventi volti a ridurre la trasmissione di malattie o le perdite nelle colture.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Prima Fase della Scoperta e Validazione del Target
- Valore scientifico: Permette l'analisi dei fenotipi comportamentali negli insetti mediante il monitoraggio continuo e non invasivo dei modelli di battito alare.
- Valore operativo: Supporta la verifica di ipotesi nella ricerca sul controllo dei vettori fornendo dati quantitativi sull'attività specifici per specie e sesso.
- Valore predittivo: Migliora la sicurezza nella selezione degli obiettivi correlando l'attività degli insetti con variabili ambientali o di intervento.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera firme acustiche robuste e riproducibili che fungono da letture fenotipiche per la classificazione degli insetti.
- Valore operativo: Standardizza la raccolta dei dati tra camere sperimentali, riducendo la variabilità negli studi longitudinali.
- Scalabilità: Permette il monitoraggio ad alto rendimento di ampie coorti di insetti per periodi prolungati, come dimostrato in registrazioni plurigiornaliere.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Continuità traslazionale: Collega gli studi di laboratorio sul comportamento degli insetti a strumenti di sorveglianza applicabili sul campo per modelli di malattie trasmesse da vettori.
- De-risking meccanicistico: Consente la valutazione in tempo reale dell'impatto degli interventi sulle popolazioni di insetti, supportando decisioni di avanzamento o interruzione nello sviluppo preclinico.
- Sistema rilevante per le malattie: Fornisce una piattaforma per valutare la competenza del vettore e i comportamenti di ricerca dell'ospite in condizioni controllate.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si inserisce nel percorso di scoperta che va dalla biologia iniziale dei vettori alla valutazione preclinica di strategie di controllo, in particolare nei casi in cui il monitoraggio in tempo reale, risolto per specie, fornisce informazioni utili alla comprensione dei meccanismi e all'efficacia delle interazioni.
- Biologia della scoperta: Favorisce studi basati su ipotesi sul comportamento del volo degli insetti, sull'attività circadiana e sulle risposte a stimoli.
- Screening: Fornisce output quantitativi pronti per i saggi (frequenza del battito alare, modulazione dell'ampiezza) adatti allo screening fenotipico ad alta risoluzione.
- Analisi: Consente il confronto statistico tra popolazioni di insetti in diverse condizioni, utilizzando l'accuratezza di classificazione e i tassi di rilevamento come metriche chiave.
- Ricerca traslazionale: Supporta la transizione dal laboratorio al campo, validando strumenti di monitoraggio che possono essere impiegati in contesti endemici.
- Riutilizzo aziendale: Rappresenta una piattaforma sensoristica riutilizzabile, adattabile a diverse specie di insetti e contesti ambientali.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nella validazione degli obiettivi riducendo l'ambiguità nella fenotipizzazione degli insetti e nelle risposte comportamentali.
- Valore operativo: Fornisce un monitoraggio standardizzato in tempo reale con consumabili minimi, riducendo il carico operativo rispetto alle trappole adesive o di intercettazione.
- Valore strategico: Migliora l'efficienza del capitale consentendo un'iterazione rapida nelle campagne di screening del controllo dei vettori grazie a un feedback immediato sugli effetti delle interazioni.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione aggiustata per il rischio dei candidati al controllo dei vettori fornendo biomarcatori precoci e misurabili della soppressione della popolazione.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in bioacustica, elaborazione di segnali e progettazione di saggi entomologici.
- Si basa su strumentazione ottica e acustica stabile, inclusi array laser-fotodiodi e controlli ambientali.
- Necessita di standardizzazione tra gruppi di lavoro per l'annotazione dei dati, la verifica delle specie e l'addestramento dei modelli di classificazione.
- L'adattamento a diversi sistemi modello potrebbe richiedere la ricalibrazione della sensibilità dei sensori e dei parametri di estrazione delle caratteristiche.
- I limiti pratici includono la sensibilità al rumore di fondo e alle vibrazioni ambientali, che possono influenzare la fedeltà del rilevamento in condizioni di campo.
