嗅覚検索用自律型ロボットに昆虫Electroantennogramセンサを用いた

この手順の全体的な目標は、昆虫全体の調製物からの電位図またはEEGを記録し、昆虫の触角を嗅覚ロボットのバイオセンサーとして使用することです。これは、最初に動物を発泡スチロールのブロックにつなぐことによって達成されます。2番目のステップは、2つのEAG電極、参照電極を昆虫の首に配置し、アンテナの先端に記録ピペットを配置することです。

次に、電極は、適切な信号増幅とフィルタリングを備えた電気生理学ボードに接続されます。最後のステップは、EAG準備を移動ロボットに取り付けることです。最終的には、実際の動物と同じセンサーを使用して、臭気源への嗅覚ナビゲーションを示す結果を得ることができます。

このロボットプラットフォームは、昆虫の嗅覚コーティングと嗅覚ナビゲーションに関する仮説を検証するための直接的な手段を提供します。今日紹介する手法の利点は、物品税やアンテナEに基づく既存の方法と比較して、長期間にわたって安定した録音を可能にすることです。昆虫全体の調製物からEAGを記録するには、まず2本の銀線を濃縮漂白剤溶液に10〜20分間浸して塩素化し、その後すすぎます。

このプロセスは、電極の分極を防ぎます ガラス電極を火で磨く 電極で毛細血管を磨く 極性火研磨 塩素化銀線の電極による引っかき傷を防ぎます。次に、オスの蛾に二酸化炭素を麻酔し、頭が上から突き出た発泡スチロールブロックの中に入れ、昆虫の頭をペインターテープで首につなぎ、参照電極となる銀線を首に挿入します。実体顕微鏡で、アンテナの1つを先端と基部に薄いペインターテープで固定します。

外科用ハサミでアンテナの遠位2〜3セグメントを切り取ります。次に、マイクロマニピュレータを使用して、ガラス電極をアンテナの切断先端の近くに配置します。ガラスキャピラリーの先端を鉗子で切り取り、アンテナの切り口よりわずかに大きい直径にします。

ガラスピペットに緩衝液を入れます。次に、アンテナの切断した先端をマイクロマニピュレーターでガラスキャピラリーに挿入します。最後に、記録電極として機能する銀線をガラスキャピラリーマウント全体の準備の最大の先端に滑り込ませます。

それは、ロボットの上部にねじ込まれた金属板に昆虫電極とマイクロマニピュレーターです。テキストプロトコルで説明されているように、EAG出力電圧をロボットの拡張ボードに適した範囲に適合させるハードウェアインターフェースを設計します。簡単に説明すると、高入力インピーダンスのアンプ、ローパスおよびハイパスフィルタ、および第2段のアンプが含まれます。

次に、電極を差動EAG入力に接続します。記録電極をプリアンプの反転入力に接続して、正のEEGを取得します。カスタムc plus plusソフトウェアは、グラフィカルユーザーインターフェースと、信号検出およびロボット制御のためのさまざまな機能を実装するために開発されました。

シグナル検出は、高速で信頼性の高いフェロモン検出を可能にする神経メカニズムをモデル化することで実行できます。mthsでは、mthsの生物学を模倣することにより、アンテナからの入力を受信する中枢ニューロンは、興奮阻害のステレオタイプな発火パターンでフェロモンに応答します信号検出を達成するために、ニューロンモデルを微分方程式として実装します。3つの連続したスパイク間間隔として定義される励起のバーストが発生するたびに、フェロモンがヒットするのを検出します。

70 ミリ秒未満の後には、350 ミリ秒以上のスパイク間間隔で定義される抑制が続きます。フェロモンパルスに応答する脳波は、測定システムが最大10ヘルツのフェロモンパルスを解決できることを示しています。EAGは、フェロモン刺激に応答して定期的に記録され、昆虫製剤全体の経時的な安定性をテストしました。

切除された触角と比較して、昆虫の準備全体は、作業日内に良好な安定性を示しています。対照的に、孤立したアンテナに記録された脳波は、時間の経過とともに急速に減少するため、信号はわずか1.5時間後に初期値の半分に低下します。今回は、依存性は一生 2 時間の指数関数的減衰によって記述されます。

最後に、反応型検索戦略を使用して臭気源を検索するEAGロボットプラットフォームの能力がテストされました。探索戦略は、フェロモンが検出されるたびに風上サージとスパイラルキャスティングを組み合わせたものです。臭気源なしで検出がない場合、EAGはゼロ付近に留まり、検出はほとんどまたはまったくなく、ロボットはスパイラルキャスティングを実行し、通常はターゲット位置に到達する前に探索スペースを離れます。

逆に、臭気源の場合、EAGは、検出されていない状態からの沈黙期間と絡み合った検出からの活動のバーストを示します。スパイラルキャスティングは主にプルームの輪郭で発生し、臭気が失われたときにプルームの中心線を再配置するための効率的な戦略のようです。このビデオを見た後、壁の昆虫の準備からの電子電報を記録する方法と、嗅覚ロボットで昆虫アンテナを使用する方法についてよく理解しているはずです。