Name: 昆虫の出現パターンの検出の正確かつ自律システム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-09T13:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 22 s
Description: 学ぶ昆虫の出現パターン自動測定システムの構築方法。Arduino nanoと赤外線センサーを用いて、大規模サンプルの出現タイミングを正確に記録し、時計生物学とストレス生理学の研究に応用できます。

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説明システムを用いた実験で、有益なフィードバックのファーゴ、ノースダコタで昆虫の低温生物と生態作業のグループを認識したいと思います。

1. システム構築
<ol><li>次の構築される各チャネルの部品数を印刷 PLA フィラメントを使用して: 1 コレクター マニホールド (collector_manifold.stl)、1 エンド キャップ (end_cap.stl)、6 のプラットフォーム サポート (platform_support.stl)、4 管ラック ベース プレート (base_plate.stl)、4チューブ ラック面板 (face_plate.stl)。プリンターは印刷する前にアイテムを印刷するのに十分な大きさであることを確認します。補足データですべて *.stl ファイルがあります。</li>
	<li>3 プラットフォーム サポートとプラダンの 33 × 30 cm の部分は、図 2に示すように、構築されるチャネルあたり 2 管ラック プラットフォームを組み立てるためホット接着剤を使用します。段ボール プラスチックは、各コーナーの曲げを可能にする 1 つの側面に得点できます。</li>
	<li>コレクター マニホールドにエレクトロニクスをインストールします。<ol>
<li>赤外線エミッタと赤外線検出器と両方のカソードに 22 GA ワイヤーの ~ 5 cm の長さの両方のアノード (長い脚) に 120 Ω 抵抗をはんだ付けします。後の手順で混乱を避けるために配線の異なる色を使用します。</li>
		<li>慎重に 1 つのソケット (図 3に青色で強調表示) コレクター マニホールドと (赤色で強調表示) 2 番目のソケットにエミッタに検出器を挿入します。両方のコンポーネントは、ぴったりとフィットする必要があります。</li>
		<li>検出器ワイヤ (図 3に黄色で強調表示) ケーブル チャネルを介してフィード、(緑色で強調表示) のアクセス穴を介してすべての 4 つの線を引き出します。裸電線に触れておらず、ホット接着剤を使用して場所でそれらを確保することを確認します。</li>
		<li>RJ45 すべて 4 本のワイヤをはんだ付け (イーサネット) ジャック、ピンの後ろの行を使用します。両方の陽極は、一番左の端子、一番右の端子にエミッタの陰極とセンター ピン (図 4) のいずれかに検出器のカソードに半田付けする必要があります。</li>
		<li>マニホールド内裸線が触れていないことを確認、ホット接着剤で (図 3の緑色で強調表示) コレクター マニホールド アクセス穴に RJ45 ジャックを固定します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>図 5に示すように、立ち下がりボール コレクター (構築されるチャネルごとの 1) の構築します。
	<ol>
<li>1 つの有線コレクター マニホールド、1 つのエンド キャップ、プラダンの 24 x 30 cm 断面とユニット (赤、緑、および光灰色のコンポーネント図 5) のベースを接続するのにホット接着剤を使用します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>プラダンの 8 × 27 cm] セクションを使用して、コレクター (図 5の暗い灰色コンポーネント) に落下ボール ランプを追加します。エンド キャップとコレクターのマニホールド デザインには、適切な配置を確保するための棚が含まれます。使用中に渋滞を避けるためにコレクターにランプからのスムーズな移行を確認します。</li>
	<li>(図 6の詳細な) システムの中央処理装置を構築します。<ol>
<li>システム構築のためのカスタムのプリント回路ボードを印刷します。補足データでは、PCB 基板の印刷に必要なすべてのファイルがあります。</li>
		<li>はんだスルーホールというラベルの付いた次のインストール済みの女性のヘッダー: Arduino ナノ、温度、時計、SD モジュール、液晶ディスプレイ (LCD) スクリーン (ラベルのない 2 x 5 貫通穴エリア PCB 基板の左上隅の)。</li>
		<li>カチッと PCB 基板の下端に沿って六つの RJ45 ジャックをはんだ付けします。</li>
		<li>RJ45 ジャックのすぐ上にある穴を通してサイトに 6 470 k ω プルダウン抵抗器をはんだ。</li>
		<li>Arduino ナノ、DHT 温度と湿度センサー、時計、および PCB 基板上に SD モジュールをインストールします。DHT 温度および湿度センサーは、精度を確保するための実験で使用する前にテスト必要があります。</li>
		<li>10 コネクタ リボン線を PCB 基板の液晶スクリーン コネクタに接続します。図 4に示すように画面ピンが Arduino のピンに対応するように液晶画面にリボン線のもう一方の端をはんだ付けします。液晶配線に関する詳細は https://Learn.adafruit.com/character-lcds/wiring-a-character-lcd でご利用いただけます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>システム プログラミング<ol>
<li>ダウンロードして www.arduino.cc から適切なオペレーティング システムのための Arduino IDE の最新バージョンをインストールします。</li>
		<li>初めて使用するとき、リアル タイム クロック (github.com/adafruit/RTClib)、温度/湿度センサー (github.com/adafruit/DHT-sensor-library) のための Arduino のライブラリをインストールします。ライブラリに含まれている ds1307 スクリプトを使用して、現在のローカル時刻に時計を設定します。</li>
		<li>システム Arduino スクリプト、補足データをアップロードします。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. システムの使用
<ol><li>図 7に示すように、システムを構築してください。各チャネルで使用されている、(5.1 の手順で組み立て) ラック プラットフォームによって、どちら側 (1.4 の手順で組み立て) 1 つの落下ボール コレクターを並ぶ必要があります。作品を一緒に保持してラック プラットフォームで滑らかな丸みを帯びたエッジを作成するのには、包装テープを使用します。</li>
	<li>偽の肯定的な信号を避けるために使用されていないチャンネルを構成します。システムは、イベント (赤外線検出器赤外線エミッタからシグナルを受信しない) を検出する信号に依存しているので、偽肯定的な信号を避けるために未使用チャネルを適切に構成する必要があります。これは、2 つの方法のいずれかによって達成することがあります。<ol>
<li>ソフトウェアで使用されていないチャンネルを無効するには、使用されていないチャンネルに対応するループをコメント アウトします。Arduino IDE でこれは、追加することによって実現できます"/*"不要なループの前と"*/"に端。</li>
		<li>簡単なハードウェアの宿泊施設を通じて未使用チャネルを無効にします。単に線 #6 #8 (通常固体茶色と固体緑のワイヤ市販猫 6 ケーブル) を一緒にはんだ付けし、中央処理装置の空の RJ45 ジャックに挿入します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>すぐに実験を実行する前にチューブのラックの負荷と場所<ol>
<li>すべての穴に 0.5 mL 遠心チューブ含む削除キャップとチューブがぴったりと合うことを確認します。</li>
		<li>最後に 1 つ金属 BB 1 つエアガン ペレットや繭蛹ケース 1 つの昆虫のひな細胞で各管を埋めます。くよくよセルのフラット端面 (キャップ) にエアガン ペレットと金属 BB に向かって直面していることを確認します。1/4 インチ ナイロンねじを使用して、ラックの下部に向かって丸みを帯びたエッジと管ラック プレートを貼ります。</li>
		<li>場所管ラック ラック プラットフォームで落ちるボール コレクターの方を向いて開口を有する。ラックは金属の BB はコレクターに構造 (図 7) の別の部分に対してバウンスすることがなく自由に落ちることができるので、プラットフォームの非常に端に配置必要があります。ラックを置くとき上向きオープニングで始まり、金属板が解放されないように所定の位置にゆっくり回します。ラックは、チューブの斜めより少し後方に正しく配置すると、金属板の偶発的なリリースのチャンスを減らすように設計されています。</li>
	</ol>
</li>
	<li>アダプターに SD カードを挿入し、Arduino と任意の適切な USB アダプターに、もう一方の端にマイクロ USB コネクタを差し込むことで中央のプロセッサを開始します。液晶画面から 6 ができたら 1 つの数字が表示されます。各チャネルの時計画面に表示に対応する数と画面の下部に表示する正しい時間ボール コレクターに単一金属の BB をドロップします。<ol>
<li>正しい時刻が表示されない場合は、1.6.3 とクロックをリセットして 1.6.4 の手順を繰り返します。</li>
		<li>テスト金属 BB が記録されていない場合は、コレクターがブロックされます。閉塞を視覚的に確認し、システムを再起動します。</li>
		<li>チャネル「カウント」1 つのイベントを 1 秒ごと、チャンネルが正しく接続されていないことを示します。すべての接続をチェックし、システムを再起動します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 実験終了とデータ解析
<ol><li>羽化後は終了しました (結果図 8 および 9時間スケールの例を参照)、装置の電源を Arduino を抜いて。ラックは、逆アセンブル、きれいに再利用の可能性があります。</li>
	<li>実験では、データは R のプログラミング言語によってコンマ区切りファイル (CSV) アクセス可能で SD カード上に格納されます。SD カードを使用して、コンピューターおよびデータのバブル プロットを自動生成するのに RStudio にデータを転送します。<ol>
<li>イベントと温度の両方のデータは、データの整合性を同じファイルに保存されます。したがって、分析の前にいくつかの処理を完了する必要があります。カンマ区切りファイルをスプレッドシート ・ プログラムにインポートします。I と J が日付と蜜蜂の出現の時間列2 つ目のスプレッドシートに列 A E を切り取って貼り付けて、A と B の列を作るし、保存別のファイルとして、温度データです。</li>
		<li>タイトル列 A に、「日付」と列 B「時間」列 A、B. 保存 csv 形式でデータの並べ替えファイル。</li>
		<li>ダウンロードして https://www.r-project.org/ から、RStudio の最新バージョンをインストールします。RStudio を使用してアップロードするを支援し、データの分析は、こちら https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.html で。</li>
		<li>補足データで使用可能な R のスクリプトを使用して、RStudio にデータをアップロードします。場所に合わせて R スクリプトで働く先を変更、excel *。CSV ファイルがあります。スクリプトを実行し、分析するデータ ファイルを選択します。R コンソールに「プロット」を入力します。バブル プロットは"高解像度;「作業目的地に位置する高解像度 tiff (300 dpi) ファイルとして保存するファイルの名前を変更します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Lankinen, P. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00612503">Geographical variation in circadian eclosion rhythm and photoperiodic adult diapause in Drosophila littoralis.</a> Journal of Comparative Physiology A. 159, 123-142 (1986).</li>
<li>Watari, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+circadian+eclosion+rhythm+between+non-diapause+and+diapause+pupae+in+the+onion+fly%2C+Delia+antiqua%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Insect+Physiology%22%5BJournal%5D)">Comparison of the circadian eclosion rhythm between non-diapause and diapause pupae in the onion fly, Delia antiqua.</a> Journal of Insect Physiology. 48, 83-89 (2002).</li>
<li>Zimmerman, W. F., Pittendrigh, C. S., Pavlidis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+compensation+of+the+circadian+oscillation+in+Drosophila+pseudoobscura+and+its+entrainment+by+temperature+cycles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Insect+Physiology%22%5BJournal%5D)">Temperature compensation of the circadian oscillation in Drosophila pseudoobscura and its entrainment by temperature cycles.</a> Journal of Insect Physiology. 14, 669-684 (1968).</li>
<li>Yocum, G. D., Rinehart, J. P., Yocum, I. S., Kemp, W. P., Greenlee, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermoperiodism+synchronizes+emergence+in+the+alfalfa+leafcutting+bee+%28Hymenoptera%3A+Megachilidae%29%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Entomology%22%5BJournal%5D)">Thermoperiodism synchronizes emergence in the alfalfa leafcutting bee (Hymenoptera: Megachilidae).</a> Environmental Entomology. 45, 245-251 (2016).</li>
<li>Bennett, M. M., Rinehart, J. P., Yocum, G. D., Doetkott, C., Greenlee, K. J. <a target="_blank" href="http://jeb.biologists.org/content/early/2018/04/09/jeb.175406.abstract">Cues for cavity nesters: Investigating relevant Zeitgebers for emerging leafcutting bees, Megachile rotundata (Hymenoptera: Megachilidae).</a> Journal of Experimental Biology. 221, jeb175406(2018).</li>
<li>Miyazaki, Y., Goto, S. G., Tanaka, K., Saito, O., Watari, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermoperiodic+regulation+of+the+circadian+eclosion+rhythm+in+the+flesh+fly%2C+Sarcophaga+crassipalpis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Insect+Physiology%22%5BJournal%5D)">Thermoperiodic regulation of the circadian eclosion rhythm in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis.</a> Journal of Insect Physiology. 57, 1249-1258 (2011).</li>
<li>Watari, Y., Tanaka, K. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ens.12034">Effects of background light conditions on thermoperiodic eclosion rhythm of onion fly Delia antiqua.</a> Entomological Science. 17, 191-197 (2014).</li>
<li>Greenberg, S. M., Armstrong, J. S., Setamou, M., Coleman, R. J., Liu, T. X. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/j.1744-7917.2006.00116.x">Circadian rhythms of feeding, oviposition, and emergence of the boll weevil (Coleoptera: Curculionidae).</a> Insect Science. 13, 461-467 (2006).</li>
<li>Yocum, G. D., Zdarek, J., Joplin, K. H., Lee, R. E., Smith, D. C., Manter, K. D., Denlinger, D. L. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022191094901074">Alteration of the eclosion rhythm and eclosion behavior in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis, by low and high temperature stress.</a> Journal of Insect Physiology. 40, 13-21 (1994).</li>
<li>Winfree, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+view+of+resetting+a+circadian+clock%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Theoretical+Biology%22%5BJournal%5D)">Integrated view of resetting a circadian clock.</a> Journal of Theoretical Biology. 28, 327-374 (1970).</li>
<li>Watari, Y., Tanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interacting+effect+of+thermoperiod+and+photoperiod+on+the+eclosion+rhythm+in+the+onion+fly%2C+Delia+antiqua+supports+the+two-oscillator+model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Insect+Physiology%22%5BJournal%5D)">Interacting effect of thermoperiod and photoperiod on the eclosion rhythm in the onion fly, Delia antiqua supports the two-oscillator model.</a> Journal of Insect Physiology. 56, 1192-1197 (2010).</li>
<li>Short, C. A., Meuti, M. E., Zhang, Q., Denlinger, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Entrainment+of+eclosion+and+preliminary+ontogeny+of+circadian+clock+gene+expression+in+the+flesh+fly%2C+Sarcophaga+crassipalpis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Insect+Physiology%22%5BJournal%5D)">Entrainment of eclosion and preliminary ontogeny of circadian clock gene expression in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis.</a> Journal of Insect Physiology. 93, 28-35 (2016).</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

アセンブリおよび昆虫の出現のタイミングの精密測定では、システムの使用のためのプロトコルを提案します。このシステムは限られた以前のデザインを 2 つの問題を解決する: 部分的な自動化と限られたサンプルのサイズ。マイクロ コント ローラーは、複数のチャネルを使用してサンプル サイズを増加させてもを使用したデータ収集を自動化することでこれらの問題を解決しました。現在の設計では、1200 蜂の合計を保持することができます六つのチャンネルを持っています。追加チャンネルに加算または減算増加し、サンプルのサイズだけでなく、同時に複数の治療法の効果を調査するためもできる必要な場合することができます。将来のアプリケーションの制限、変更の重要なステップを以下に示します。
自動化されていないシステムの唯一の部分は、ひなセル、メタル掲示板実験の先頭にエアガン ペレットとラックを読み込んでいます。ラックは、彼らが傾くように設計されていますが、金属板の偶発的な放出を防止する、後ろ金属板のラックが立って直立、ケアを転倒防止に少しはラックを配置する場合取られなければなりません。また、ラックは、滑走路と金属の BB の落下軌道整列、棚の端と同じ高さであることを確認します。最後に、葉の破片は、滑走路から消去されるべきだ、以前の実験から金属板を保持して足回りをクリアしてセンサーがブロックされないようにする必要があります。CSV ファイルとして SD カードにデータを自動的に記録し、SD カードがある限り、Arduino が実行されないように、スクリプトを記述。データ ファイルは RStudio と可視化スクリプトを使用して、前述のように R に手動でインポートします。このスクリプトは自動的にバブル プロットとしてデータをグラフ化し、期間中央値および出現の日を識別します。Arduino のスクリプトを記述して、イベント データを電源障害発生時のデータ損失を防止するファイルの末尾に追加します。ただし、これはまた、一度 SD カードからデータを抽出すると、次の実験の前にすべてのファイルをクリアするかを意味します。
SketchUp ファイルへの変更は、変更されたラックで使用される異なるサイズのチューブと、異なるサイズの昆虫のラックのサイズを調整させることができます。さらに、昆虫がチューブを離れるを防ぐために同様に異なるサイズのペレットが必要、エアソフト ペレットのサイズが重要です。さまざまな変化はバブル プロットおよび他のグラフィックの変数の外観を変更する R スクリプトさせることができます。
BB は金属検出された複数のデータ ポイントとしてカウントされているから単一金属 BB を防ぐ後 1 秒の任意の特定のチャネルを無効にしますデバウンス コードを記述して偽陽性のリスクを低減します。これにより、一度に多くの蜂が出てくる場合に惜しまれつつデータ ポイントがチャネルは独立であるという事実の可能性がこのリスクが軽減されます。現在のシステムのもう一つの制限は、個々 のデータ ポイントが認識されない、すなわち、落ちる金属 BB さかのぼることができない特定の個人です。さらに、現在のシステム測定の出現がないの羽化リズムにおけるM. 被害出現と羽化が同義である種の羽化リズムを測定するが。最後に、現在のデザインは、耐候性、制御された環境にその使用を制限することではありません。
今後の用途は、 M. 被害のタイミング出現の他の非生物と生物の環境手がかりの効果を調べるします。さらに、昆虫は、多様な環境を占有、関連する環境手がかりは種によって異なります。したがって、複数の昆虫種の設立は分類群を越えた進化した調査方法の概日システムに重要です。少しはどのように発達条件について; 羽化のタイミングに影響を与える知られています。したがって、出現に治療の効果を解読する当社のシステムを使用できます。さらに、環境手がかりの組み合わせは昆虫の応答に影響を与える、従って今後の実験計画の出現への相対的な影響を理解する複数の環境のキューを組み込む必要があります。最後に、展開を観察するフィールドで出現リズムは、自然の設定を仲介する方法。このシステムと添加剤の製造、オープン ソースのプログラミング、および監視可能な生物学的特性のユニークな組み合わせの使いやすさは、教育の設定に使用する候補。

実験設定で地上の昆虫出現のタイミングを正確に測定が困難とある程度の自動化が必要です。過去には、いくつかのメカニズムを設計されている落下のボールとセンサー、またはファンネル型システム1,2,3を使用して「ビッグバン ボックス」を使用していずれかの「落下ボール」原則を組み込みます。既存の設計の 2 つの制限があります: 1) データ収集は部分的にのみ自動化されており 2) サンプル サイズまたは検出ことができる緊急の昆虫の数は限られています。これらの問題には、羽化または出現パターンのタイミングを勉強することが重要であるデータ収集の精度が します。我々 は良い環境手がかりに応えて出現リズムを視覚化するユーザーを有効にするは自動化され、サンプル サイズによって制限されていないシステムを設計することによって、これらの問題に対処。
当社のシステムは、落ちるボールの原則として、最新バージョンは 6 分単位2の昆虫の出現を検出する赤外線センサーを使用する改善です。体制はまだ赤外線センサーを使用するが、日付と最も近い秒に各出現イベントの時刻を記録する Arduino マイコンが組み込まれています。データは、分析用にコンマ区切りファイルとしてエクスポートすることができますをセキュリティで保護されたデジタル (SD) カードに自動的に格納されます。分析を自動化スクリプトを使用して、カスタム R、バブル プロットとしてデータをグラフ化し、出現の日と中央の時間を確認します。
複数のチャネルより柔軟にデータ集録ユーザーを有効にします。たとえば、当社の複数のチャネルの設計だけでなく「詰まっている」センサーの影響を最小限に抑える、サンプル サイズを増やすにも使用できます。さらの複数のチャネルでは、彼らは実験で同時に実行できるように、特定のチャネルに治療を指定できます。すべての六つのチャンネルを使用して単一の実験記録に約 1200 の新興ミツバチのことができます。私たちの知る限りでは、昆虫の出現を測定任意の現在のシステムの最大サンプル サイズで、環境のキューに対して微細出現パターンを観察することができました。最後に、体制の恩恵の部分の大半が 3 D 印刷であるという事実を。これは正確にサイズのコンポーネント (検出器の詰まり) などの操作中に発生したエラーの可能性を低減するを作成します。また、他の研究システムのカスタマイズできます。
このプロトコルの目標は、時間生物学、ストレスの生理学を調査するため、昆虫の出現を測定する自動化されたシステムの正確な質問カスタム ビルドすることです。このシステムは、されているし、環境手がかりに応えて昆虫出現パターンに関連する未解決の問題の調査に重大であり続けます。ここでそのアセンブリ使い出現アルファルファ切葉蜂、第被害の研究室での実験設定の検出について述べる。システムが自動化されたプログラム可能なマイクロ コント ローラーを使用して、3 D プリント パーツを使用してカスタマイズ可能です。印刷されたラックは金属 BB 蜂巣細胞を含む場所管で保持します。出現時に金属の BB は日付と SD カードへの出現の時間記録する赤外線センサーを通過、ラックから解放されます。現在のデザインはM. 被害、最適ですが、昆虫の他の種のためのマイナーな調整とを合わせることができます。

<table><tbody><tr><td>PLAプリンターフィラメント</td><td>www.lulzbot.com</td><td>各種</td><td>カタログ番号は色によって異なります</td></tr><tr><td>0.5mLの微量遠心チューブ</td><td>www.daigger.com</td><td>EF4254C</td><td></td></tr><tr><td>4.5mmサイズの「bb」金属ペレット</td><td>www.amazon.com</td><td>B00419C1IA</td><td>デイジー4.5mmの金属サイズbbペレット</td></tr><tr><td>6.0mmのプラスチック「softair」ペレット</td><td>www.amazon.com</td><td>B003QNELYE</td><td>クロスマン 6 mm エアソフト ペレット</td></tr><tr><td>プラスチック コーレゲーション シート</td><td>www.lowes.com</td><td>345710</td><td>波形プラスチック シート</td></tr><tr>赤外線<td>エミッター/検出器ペア</td><td>www.amazon.com</td><td>B00XPSIT3O 5</td><td>mm 直径、940 nm 波長</td></tr><tr><td>120 オーム レジスター</td><td>www.amazon.com</td><td>B01MSZK8DV</td><td>120 オーム、1/4 ワット</td></tr><tr><td>22 GA フックアップ ワイヤー</td><td>www.adafruit.com</td><td>1311</td><td></td></tr><tr><td>RJ45ジャック</td><td>www.sparkfun.com</td><td>PRT-00643</td><td></td></tr><tr><td>カスタムPCBボード</td><td>www.pcbexpress.com</td><td>該当なし</td> 付属<td>データに含まれるファイルから印刷可能</td></tr><tr><td>Arduino Nano v 3.0</td><td>www.roboshop.com</td><td>RB-Gra-01</td><td></td></tr><tr><td>SDカードモジュール</td><td>www.amazon.com</td><td>DFR0071</td><td>DFRobot SDカードモジュール</td></tr><tr><td>リアルタイムクロックモジュール</td><td>www.adafruit.com</td><td>264</td><td>DS1307リアルタイムクロックブレークアウトボード</td></tr><tr><td>温度/湿度センサー</td><td>www.tinyosshop.com</td><td>G4F4494F29ED05</td><td>DHT11 ブレークアウトボード上の温度/湿度センサー</td></tr><tr><td>470kオーム抵抗</td><td>www.amazon.com</td><td>B00EV2R39Y</td><td></td></tr><tr><td>メスヘッダー</td><td>www.adafruit.com</td><td>598</td><td>希望の長さにブレークオフ</td></tr><tr><td>オスヘッダー</td><td></td><td>www.adafruit.com 392</td><td>希望の長さにブレークオフ</td></tr><tr><td>リボンワイヤー</td><td>www.amazon.com</td><td>B00X77964O</td>コネクタ<td>付き10ワイヤーリボンワイヤーLCD</td></tr><tr><td>スクリーン</td><td>www.adafruit.com</td><td>198Cat6</td><td></td></tr><tr><td>ケーブル</td><td>www.amazon.com</td><td>B00N2VISLW</td><td></td></tr><tr><td>SDカード</td><td>www.amazon.com</td><td>B00E9W1URM</td><td></td></tr></tbody></table>

昆虫の出現パターンの検出の正確かつ自律システム

A Precise and Autonomous System for the Detection of Insect Emergence Patterns

昆虫の出現パターンを測定する既存のシステム制限があります。彼らはのみ部分的に自動化されているし、検出できる新たな昆虫の最大数が制限されます。昆虫の出現の正確な測定を得るためには、半自動と新興の昆虫の大きい数を測定することができるシステムにする為です。我々 は設計は自動化されており、1200 昆虫までの出現を測定できるシステムを構築してこれらの問題に対処。私たちは、Arduino マイクロ コント ローラーを使用してデータ収集を自動化し、複数のデータ チャネルをサンプル サイズを展開する既存の「落下ボール」システム変更。複数のデータ チャネルだけでなく、サンプル サイズを増加するユーザーを有効にするが、単一の実験で同時に実行する複数の治療ができます。さらに、我々 は自動的に出現の平均日のも計算しながらバブル プロットとしてデータを視覚化する R スクリプトを作成しました。現在のシステムは、3 D プリントを使用してユーザーが異なる種の昆虫のために調整するシステムを変更できるように設計されました。このプロトコルの目標は、時間生物学、ストレスの生理学、昆虫の出現パターンを測定するこの正確で自動化されたシステムを使用しての重要な質問を調査するためです。

M. 被害の出現は、出現4日目全体で一様に発生する非同期環境のキューへの露出なしです。ただし、矩形波温度 (温度 4 ° C) に露出されたとき、出現が thermophase4、5の同期になります。この結果は他の研究に類似した出現、肉フライツノアカニクバエ能力6タマネギのはえデリア atiqua7 ゾウムシなどを調節する温度的な合図を使用する昆虫が見つかって、Anthonomus グランディス グランディス8。1 つの研究は、 S. crassipaplpis9で羽化の同調を開発中のストレスに影響を示しています。開発時にこの治療法が羽化のずれを引き起こすこと仮説をテスト、ストレスにさらされたM. 被害から結果を紹介します。
実行成功
ユーザーは、昆虫は、もはや浮上しているかどうかを確認するインキュベーターを開く前に、液晶画面を見てください。実験が完了すると、SD カードが削除され、前述のとおり別バブル プロットとして視覚化されるコンマ区切りファイルとして RStudio にデータをエクスポートすることができます。図 8には、開発中に寒冷ストレスへの暴露後 4 ° C の温度下で蜂の出現が表示されます。赤の十字を示す期間中央値ありの出現とファイル名がタイトル。この R のスクリプトはデータの視覚化に使用する必要がありますが、唯一の分析としてはなりません。リズムの分析できる、データ環境のキューに出現応答を分析する (解析を参照してください).
合併症
センサーを金属板で目詰まりすると、複数の偽のデータ ポイントに上昇を与える信号の欠如は繰り返しカウントされます。図 9は、図 8ではなく、したがってグラフに大きな泡を作成する掲示板で詰まっている六つのチャネルの 1 つを発表した同じデータセットを示しています。詰まっているセンサーが発生した場合、分析からこのチャネルからのデータを簡単に削除できます。実験で複数のチャネルを組み込むことは、詰まっているセンサーの影響を最小限に抑えることで有益です。
解析
同期の存在のためのデータの分析は、「パラメーター R」出現がリズミカルなまたは不整脈10、11,12の場合を識別するスカラー統計量を計算することによって行うことができます。これは、最高羽化 100 によって増加し、8 時間の窓の外の数でこの数を割る 8 時間で羽化成虫数を計算することによって行われます。浮上したすべての個人は、一日の時間ごとの羽化成虫数を計算するプールする必要があります。パラメーター R の理論的な範囲は 0 (ゲート内はすべて出現が発生します) から 200 (出現は均一に分布終日)10。R 値 &lt; 60 60 リズミカルな出現である &lt; R &lt; 90 が弱くリズミカルなと R &gt; 90 ある不整脈。&gt; 150 を示す R 値出現10の分布が均等します。図 8は、その出現はパラメーター R とリズミカルな 20.21 &lt; 60 を =。この種類のデータが繰り返し 24 時間クロックを中心に配布されるという事実のためにより堅牢な分析 (ベネットら2018年5で詳しく説明します) の円形の統計が必需品です。これは RStudio の円形統計パッケージの利用によって達成されることができます (パッケージ '円形'-クラン。R-project.org)。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig1.jpg"> 図 1: 添加物製造コンポーネント。PLA フィラメントを使用すると、3 D 印刷、システムに必要な部品です。各チャネルで構築されている、必要なパーツが 1 コレクター マニホールド (緑)、1 エンド キャップ (赤) 6 プラットフォーム サポート (オレンジ)、4 管ラック (紫)、ベース プレートと 4 管ラック面板 (黄色)。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig2.jpg"> 図 2: 管ラック プラットフォーム アセンブリ。ホット接着剤を使用すると、構築されるチャネルごとの 2 つの管ラック プラットフォームを組み立てます。プラダン (灰色で表示) のセクションに 3 つのプラットフォーム サポート (オレンジで表示) を使用します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig3.jpg"> 図 3: x 線コレクター マニホールド。1 つの赤外線検出器を (青で示されている) コレクターとエミッタ (赤色で表示) 2 番目のソケットに 1 つのソケットに挿入します。検出器ワイヤ (黄色表示) ケーブル チャネルを介してフィード、(緑色で強調表示) のアクセス穴を介してすべての 4 つの線を引き出します。裸電線に触れておらず、ホット接着剤を使用して場所でそれらを確保することを確認します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig4.jpg"> 図 4: コネクタ配線。ジャックと液晶画面を中央処理装置に接続するための配線テーブルの下から見られるようにコレクター マニホールドに貼付前に RJ45 ジャックの配線図。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig5.jpg"> 図 5: ボール コレクタアセンブリ。プラダン (薄いグレーで表示) の部分 1 つのエンド キャップ (赤で表示)、1 つのコレクター マニホールド (緑色で表示)、24 x 30 cm を使用してボール コレクター アセンブリのシェルを組み立てます。プラダン (暗い灰色で表示) の 8 × 27 cm 部分を使用すると、ランプを追加します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig6.jpg"> 図 6: 中央プロセッサ プリント基板ボード。セントラル プロセッサの PCB ボードは (緑で表示) 底層、上層 (赤で表示)、および (青で描かれている) シルク スクリーン層から成っています。女性のヘッダー (下部) RJ45 ジャック、プルダウン抵抗 (真上 RJ45 パッド) を除いて、すべてパススルーの穴をはんだ付けします。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig7.jpg"> 図 7: 最終的なアセンブリ。使用とき、に、装置は、使用されている各ボール コレクターのどちら側管ラック プラットフォームと組み立てられる必要があります。跳ね返る装置落下掲示板の可能性を減らす管ラック プラットフォームの非常に端にいるので付属のフェイス プレートで管ラックする必要があります。組み立て装置の設置面積は約 25 cm × 35 cm、高さ 20 cm. の<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig8.jpg"> 図 8: r. での処理後の典型的な実験的実行のグラフ<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig9.jpg"> 図 9: 4 日に比較的大きな泡で示すように、詰まっている検出器に苦しんで実験のグラフ。詰まっているチャネルは、それにより残りのデータ ポイントの保持の分析から削除できます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig9large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

昆虫の出現パターンの測定精度が必要です。既存のシステムがのみ半自動およびサンプルのサイズは制限されます。我々 はマイクロ コント ローラーを使用して新たな昆虫の多数の出現の時間を正確に測定するシステムを設計することでこれらの問題に対処。

Existing systems to measure insect emergence patterns have limitations; they are only partially automated and are limited in the maximum number of ...

この方法は、昆虫の出現のタイミングに影響を与えるものなど、発生生物学とストレス生理学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、それが自動化され、多数の昆虫の出現を測定するために使用することができるということです。構築する各チャネルには、次の部分が必要です。1つのコレクターマニホールド、1つのエンドキャップ、6つのプラットフォームサポート、4つのチューブラックベースプレート、4つのチューブラックフェイスプレート。3つのプラットフォームサポートと33%30センチメートルの段ボールプラスチックで、ホットグルーを使用して、構築中のチャネルごとに2つのチューブラックプラットフォームを組み立てます。まず、赤外線エミッタと赤外線検出器の両方の陽極に120オーム抵抗をはんだ付けし、両方の陰極に22ゲージの電線の5センチメートルの長さをはんだ付けして、電機マニホールドに電子機器を取り付けます。コレクタマニホールドの1つのソケットに検出器を慎重に挿入し、エミッタを2番目のソケットに入れます。両方のコンポーネントがぴったりと収まるはずです。検知器の配線をケーブルチャネルに通し、両方のワイヤをアクセスホールに引き抜きます。ピンの後列を使用して、RJ45イーサネットジャックに4本のワイヤをすべてはんだ付けします。両方の陽極は、左端のピン、右端のピンにエミッタのカソード、中央ピンのいずれかに検出器の陰極をはんだ付けする必要があります。熱い接着剤でコレクターマニホールドアクセスホールの上にRJ45ジャックを固定し、マニホールド内に裸のワイヤーが接触していることを確認します。次に、Arduino ナノ、温度、クロック、および SD モジュールのラベル付けされたスルー ホールに女性ヘッダーをはんだ付けして、システムの中央プロセッサの構築を開始します。また、LCD画面用のPCBボードの左上隅にあるラベルなしの2×5のスルーホールに女性ヘッダーをはんだ付けします。PCB基板の下端に沿って6台のRJ45ジャックをスナップインしてはんだ付けします。RJ45ジャックのすぐ上に位置するスルーホールサイトに6つの470キロオームプルダウン抵抗をはんだ。PCBボードにArduinoナノ、DHT温度および湿度センサー、クロック、およびSDモジュールを取り付けます。最後に、10コネクタのリボンワイヤをPCBボードのLCDスクリーンコネクタに接続します。検出システムを組み立てたら、実験を実行する直前に2つのラックを積み込んで配置します。まず、ラックのすべての穴にキャップを取り外した0.5ミリリットルのマイクロ遠心分離管が入っており、チューブがぴったりとフィットしていることを確認します。各チューブを1つの昆虫のブロードセルで満たし、平らなエッジ側が開口部に向かっていることを確認します。次に、空気軟ペレット1個、最後に金属BB1個を加えます。その後、4分の1インチのナイロンネジを使用してチューブラックのフェイスプレートを貼り付け、丸みを帯びた端をラックの底に向けます。チューブラックをラックプラットフォームに配置します。開口部を上向きにして開始し、金属BBが解放されないようにゆっくりと所定の位置に回転させます。ラックは、金属BBが構造の別の部分に跳ね返ることなくコレクタに自由に落下できるように、プラットフォームの端に配置する必要があります。SD カードをアダプターに挿入し、Micro-USB コネクタを Arduino に接続し、もう一方の端を適切な USB アダプターに接続して中央プロセッサを起動します。液晶画面には、準備ができたら1から6までの数字が表示されます。各チャンネルのボールコレクタに単一の金属BBをドロップし、画面に表示される対応するカウントを監視し、画面の下部に表示する正しい時間を確認します。すべての昆虫が出現した後、Arduinoを抜くことによって装置の電源を切ります。ラックは、再使用のために分解および清掃される場合があります。出現実験の間、データはカンマ区切りのファイルでSDカードに保存されます。SD カードを使用してデータをコンピューターに転送し、RStudio を使用してデータのバブル プロットを自動生成します。イベントデータと温度データの両方が、データ整合性のために同じファイルに保存されます。分析の前に、カンマ区切りファイルをスプレッドシートプログラムにインポートします。列IとJは、ミツバチの出現の日時です。列 A から E を切り取って 2 番目のスプレッドシートに貼り付けて列 A と B にし、さらに分析するために温度データの別のファイルとして保存します。この図は、開発中に冷たいストレスにさらされた後、摂氏4度の熱周期の下での生育の出現を示す。この図は、ちょうど見たのと同じデータセットを示していますが、6つのチャネルのうちの1つがBで詰まっているため、シグナルの欠如が繰り返しカウントされるので、グラフ上に大きなバブルが生まれます。このチャネルからのデータは、解析から正当に削除できます。この手順を試みる際は、接続が機能していることを確認するために、すべての部品をチェックすることを忘れないでください。その開発後、この技術は、クロノバイオロジーとストレス生理学の分野の研究者が、孤独なミツバチの出現のタイミングにどのようなヒントが影響を与えるかを探求する道を開きました。

a-precise-autonomous-system-for-detection-insect-emergence

Research

JoVE Journal

Environment

環境

昆虫の嗅覚システムは、アンテナ上にあるすべての嗅覚受容体の神経細胞（ORNs）から、個々に収容されたものからの応答を加算しているelectroantennograms（EAG）と、単一感覚子記録（SSR）の形で記録嗅覚誘発応答のためのユニークな機会を提供するそれぞれ感覚器、。...

蛾嗅覚系の電気生理学的測定

私たちは、初期の変成過程でManduca...

昆虫飛翔挙動監視のための早期変成挿入技術

私たちは、自律型ロボットで昆虫の触角を電気アンテナ図(EAG)の形で使用するためのプロトコルを記述します。当社の実験設計により、1日以内に安定した録音が可能になり、最大10Hzの個々の臭気パッチを解決します。嗅覚検索のためのEAGセンサーの効率は、ロボットを臭気源に向かって運転することで実証されています。...

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

安価で非侵襲的な擬似音響光学センサーを用いて、飛んでいる昆虫を飛んでいる音から自動的かつ正確に検出し、カウントし、分類するシステムを提案しました。...

安価なセンサで昆虫の検出と分類をフライング

臭気源を局在化する能力は、昆虫の生存のために必要であり、人工的な匂いトラッキングに適用可能であることが期待されています。昆虫制御のロボットは、実際のカイコガによって駆動され、ロボットプラットフォームを通して昆虫の匂い追跡能力を評価することを可能にされています。...

昆虫制御のロボット：移動ロボットプラットフォーム昆虫の匂い追跡能力を評価します

このプロトコルは、従来のコンピューターを使用して従来の web カメラの動画から昆虫のアンテナとテングの位置のフレーム単位で追跡するため、斬新なソフトウェア、SwarmSight を使用するための手順を説明します。無料、フリー、オープン ソースのソフトウェアは、フレーム ・ プロセスが約 120...

SwarmSight: 昆虫アンテナの動きと共通の準備と従来のハードウェアを使用して吻伸展反射のリアルタイム追跡

迷惑と病気ベクトル昆虫をターゲット公衆衛生殺虫剤の有効性は異なる生態ゾーンにわたって統一されません。複数の環境間で農薬の標準的な評価を支援する電子地図を派生させる農薬効果の歩哨として拘束の媒介昆虫を用いた技術のシステムをご紹介します。...

フィールドの疾病媒介蚊に対する殺虫剤の効果を可視化します。

本研究では、シルクモスアンテナを用いたバイオハイブリッド臭気検出ドローンの実験プロトコルを紹介する。シルクモスアンテナを用いた実験的な電気アンテノーグラム装置の動作は、スパイラルサージアルゴリズムを用いて臭気源局在化用に設計されたバイオハイブリッドドローンの構造に加えて提示される。...

電気解析ベースのバイオハイブリッド臭気検出ドローンは、臭気源の局在化のためのシルクモスアンテナを用いた

夜間の人工光(ALAN)が夜行性の飛行昆虫に与える影響を研究するには、サンプリングを夜間に限定する必要があります。このプロトコルは、研究者が複製を増やしてユーザー定義の期間にサンプリングすることを可能にする低コストの自動飛行傍受トラップを記述しています。...

夜間に人工光に引き寄せられた飛行昆虫の時間的サブサンプリングのための低コスト自動飛行傍受トラップ

プロトコルはサーチライトのトラップと捕獲される野生型渡り鳥のメスの昆虫のために適した簡単で、容易な解剖方法を示す。この手法は、野生型雌昆虫の交尾嚢と卵巣の発達という両方の生殖組織を比較することで、同じ種を有意に明らかにすることができます。...

野生型雌性昆虫における卵巣発生の解剖と等級分け

このプロトコルは、昆虫の高調波レーダータグを作成、取り付け、追跡する方法を示しています。...

昆虫追跡用高調波レーダータグ:軽量、低コスト、アクセス可能

学ぶ昆虫の出現パターン自動測定システムの構築方法。Arduino nanoと赤外線センサーを用いて、大規模サンプルの出現タイミングを正確に記録し、時計生物学とストレス生理学の研究に応用できます。

昆虫の出現パターンの検出の正確かつ自律システム

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