Name: テザード昆虫飛行研究のための強化飛行ミルの建設 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 9 s
Description: 学ぶ 3Dプリンターとレーザーカッターを用いた強化飛行ミルの構築方法。カスタマイズ可能なデザインで昆虫の飛行行動を研究し、コスト効率の良い再現性のある実験環境を実現します。

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メレディス・チェンツァーがすべてのフライトミル材料を購入し、建設からプロジェクトの書き上げまで継続的なフィードバックを提供してくれたことに感謝します。アナ・シルバーグのstandardize_troughs.pyへの貢献にも感謝します。最後に、シカゴ大学のメディアアート、データ、デザインセンター(MADD)に対し、共同メーカースペース機器、技術、および物資を無料で使用する許可を得ていただきありがとうございます。

<ol><li>Krogh, A., Weis-Fogh, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Roundabout+for+studying+sustained+flight+of+locusts%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Roundabout for studying sustained flight of locusts.</a> Journal of Experimental Biology. 29, 211-219 (1952).</li>
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<li>Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+flight+mill+for+the+study+of+tethered+flight+in+insects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">A simple flight mill for the study of tethered flight in insects.</a> Journal of Visualized Experiments. 106, e53377(2015).</li>
<li>Reynolds, D. R., Riley, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote-sensing%2C+telemetric+and+computer-based+technologies+for+investigating+insect+movement%3A+A+of+existing+and+potential+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+and+Electronics+in+Agriculture%22%5BJournal%5D)">Remote-sensing, telemetric and computer-based technologies for investigating insect movement: A of existing and potential techniques.</a> Computers and Electronics in Agriculture. 35 (2-3), 271-307 (2002).</li>
<li>Davis, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Geographic+patterns+in+the+flight+ability+of+a+monophagous+beetle%5BTitle%5D)+AND+%22Oecologia%22%5BJournal%5D)">Geographic patterns in the flight ability of a monophagous beetle.</a> Oecologia. 69, 407-412 (1986).</li>
<li>Taylor, R. A. J., Bauer, L. S., Poland, T. M., Windell, K. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flight+performance+of+Agrilus+planipennis+%28Cleoptera%3A+Buprestidae%29+on+a+flight+mill+and+in+free+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Insect+Behavior%22%5BJournal%5D)">Flight performance of Agrilus planipennis (Cleoptera: Buprestidae) on a flight mill and in free flight.</a> Journal of Insect Behavior. 23, 128-148 (2010).</li>
<li>Irvin, N. A., Hoddle, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+the+flight+capabilities+of+fed+and+starved+Allograpata+obliqua+%28Diptera%3A+Syrphidae%29%2C+a+natural+enemy+of+Asian+citrus+psyllid%2C+with+computerized+flight+mills%5BTitle%5D)+AND+%22Florida+Entomologist%22%5BJournal%5D)">Assessing the flight capabilities of fed and starved Allograpata obliqua (Diptera: Syrphidae), a natural enemy of Asian citrus psyllid, with computerized flight mills.</a> Florida Entomologist. 103 (1), 139-140 (2020).</li>
<li>Minter, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+tethered+flight+technique+as+a+tool+for+studying+life-history+strategies+associated+with+migration+in+insects%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Entomology%22%5BJournal%5D)">The tethered flight technique as a tool for studying life-history strategies associated with migration in insects.</a> Ecological Entomology. 43 (4), 397-411 (2018).</li>
<li>Dingle, H., Blakley, N. R., Miller, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Variation+in+body+size+and+flight+performance+in+milkweed+bugs+%28Oncopeltus%29%5BTitle%5D)+AND+%22Evolution%22%5BJournal%5D)">Variation in body size and flight performance in milkweed bugs (Oncopeltus).</a> Evolution. 34 (2), 371-385 (1980).</li>
<li>Martini, X., Hoyte, A., Stelinski, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abdominal+color+of+the+Asian+citrus+psyllid+%28Hempitera%3A+Liviidae%29+is+associated+with+flight+capabilities%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+Entomological+Society+of+America%22%5BJournal%5D)">Abdominal color of the Asian citrus psyllid (Hempitera: Liviidae) is associated with flight capabilities.</a> Annals of the Entomological Society of America. 107 (4), 842-847 (2014).</li>
<li>Chen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flight+capacity+of+Bactrocera+dorsalis+%28Diptera%3A+Tephritidae%29+adult+females+based+on+flight+mill+studies+and+flight+muscle+ultrastructure%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Insect+Science%22%5BJournal%5D)">Flight capacity of Bactrocera dorsalis (Diptera: Tephritidae) adult females based on flight mill studies and flight muscle ultrastructure.</a> Journal of Insect Science. 15 (1), 141(2015).</li>
<li>Guo, J., Li, X., Shen, X., Wang, M., Wu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flight+performance+of+Mamestra+brassicae+Noctuidae%29+under+different+biotic+and+abiotic+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Insect+Science%22%5BJournal%5D)">Flight performance of Mamestra brassicae Noctuidae) under different biotic and abiotic conditions.</a> Journal of Insect Science. 20 (1), 1-9 (2020).</li>
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<li>Cheng, X., Sun, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wing-kinematics+measurement+and+aerodynamics+in+a+small+insect+in+hovering+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Wing-kinematics measurement and aerodynamics in a small insect in hovering flight.</a> Scientific Reports. 6, 25706(2016).</li>
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<li>Nachtigall, W., Hanauer-Thieser, U., Mörz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flight+of+the+honey+bee+VII%3A+Metabolic+power+versus+flight+speed+relation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Physiology+B%22%5BJournal%5D)">Flight of the honey bee VII: Metabolic power versus flight speed relation.</a> Journal of Comparative Physiology B. 165, 484-489 (1995).</li>
<li>Hardie, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flight+behavior+in+migrating+insects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Agricultural+Entomology%22%5BJournal%5D)">Flight behavior in migrating insects.</a> Journal of Agricultural Entomology. 10 (4), 239-245 (1993).</li>
<li>Blackmer, J. L., Naranjo, S. E., Williams, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tethered+and+untethered+flight+by+Lyrgus+Hesperus+and+Lygus+lineolaris+%28Heteroptera%3A+Miridae%29%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Entomology%22%5BJournal%5D)">Tethered and untethered flight by Lyrgus Hesperus and Lygus lineolaris (Heteroptera: Miridae).</a> Environmental Entomology. 33 (5), 1389-1400 (2004).</li>
</ol>

著者は開示するものは何もない。

シンプルで近代的なフライトミルは、複数の昆虫を効率的かつ費用対効果の高い13、31、35でテストする信頼性の高い自動設計を提供することで、テザード昆虫飛行の研究に関心のある研究者にさまざまな利点をもたらします。同様に、研究者は、生態学的システム9、32、33を研究するための実験的ツールを構築する手段として、産業界やその他の科学分野から急速に新進する技術と技術を採用する強いインセンティブがあります。このプロトコルは、シンプルで近代的な飛行ミルを強化するために、共同メーカースペースでますます利用可能になっている2つの急速に新しい技術、3Dプリンタとレーザーカッターを利用しています。これらの機能強化により、さまざまなサイズの昆虫に対応し、昆虫にかかるストレスを最小限に抑え、...

昆虫の分散がいかに難しいかを考えると、飛行工場は昆虫の動き方という重要な生態学的現象に対処するための一般的な実験室ツールとなっています。その結果、フライトミル1、2、3、4のパイオニアが60年にわたるフライトミルの設計と建設を導いて以来、技術が改善され、科学コミュニティに統合されるにつれて、顕著な設計シフトがありました。時間が経つにつれて、自動データ収集ソフトウェアは、チャートレコーダーを置き換え、フライトミルアームはガラス棒からカーボンロッドとスチールチューブ5に移行しました。過去10年間だけでも、磁気ベアリングはテフロンまたはガラスベアリングを最適な摩擦のないものに置き換え、飛行ミル機械と汎用性の高い技術のペアは、オーディオ、ビジュアル、レイヤーファブリケーション技術が研究者のワークフローにますます統合されるにつれて増殖しています。これらの組み合わせには、翼空気力学6を測定する高速ビデオカメラ、聴覚飛行応答7を研究するための感覚的手がかりを模倣するデジタルアナログボード、および飛行中の翼の変形を追跡するためのキャリブレーションリグを作るための3Dプリンティングが含まれています。近年、メーカースペース、特に知識豊富なスタッフ9が運営するデジタルメディアセンターを持つ機関での新たな技術の台頭に伴い、より広い範囲の昆虫をテストし、デバイスを現場に輸送するために飛行工場を強化する可能性が高まっています。研究者が学問的な境界を越え、生産ベースの作業9、10、11、12を通じて技術的な学習を加速する可能性も高い。ここで発表されたフライトミル(Attisanoと同僚13から適応)は、メーカースペースに見られる新しい技術を利用して1だけでなく、スケールと寸法が目の前のプロジェクトに微調整されているフライトミルコンポーネントを作成しますが、2) 高予算やコンピュータ支援設計(CAD)に専門的な知識を要求することなく、レーザー切断と3D印刷のアクセス可能なプロトコルを研究者に提供します。
新しい技術と方法をフライトミルと組み合じる利点は大きいですが、フライトミルも貴重なスタンドアロンマシンです。フライトミルは昆虫の飛行性能を測定し、飛行速度、距離、または周期性が温度、相対湿度、季節、宿主植物、体重、形態形質、年齢、生殖活動などの環境または生態学的要因にどのように関連しているかを判断するために使用されます。アクログラフ、トレッドミル、風洞や屋内アリーナ14での飛行運動のビデオ記録のような代替方法とは異なり、飛行ミルは、実験室の条件下で様々な飛行性能統計を収集する能力のために注目される。これは、生態学者が飛行分散に関する重要な質問に対処するのに役立ち、それは彼らの規律の進歩を助ける - それは統合された害虫管理15、16、17、人口動態、遺伝学、生物地理学、生命史戦略18、またはフェロツの可塑性19、20、21、22.一方、高速カメラやアクトグラフのようなデバイスは、厳密で複雑で高価なセットアップを必要としますが、ウィングビート周波数や昆虫光相活動23、24などのより微調整された動きパラメータを導くことができます。したがって、ここで提示されるフライトミルは、研究者が飛行行動を調査するための柔軟で手頃な価格でカスタマイズ可能なオプションとして機能します。
同様に、新しい技術を生態学者のワークフローに統合するインセンティブは、分散研究に関する疑問やアプローチがより創造的で複雑になるにつれて上昇し続けています。技術革新を促進する場所として、メーカースペースは、専門知識の複数のレベルを引き出し、新しい技術的なスキルを習得するために、任意の年齢のユーザーのための低学習曲線を提供します10,12.メーカー空間とオンラインオープンソースを通じて、プロトタイピング科学デバイスの反復的かつ協調的な性質は、理論11の適用を加速し、生態学的科学における製品開発を促進することができます。さらに、科学ツールの再現性を高めることは、より広範なデータ収集とオープンサイエンスを促進します。これは、研究者が分散を測定するための機器や方法を標準化するのに役立ちます。ツールを標準化することで、生態学者は、分散カーネル25またはソースシンクコロニー形成ダイナミクス26から発達するメタ母集団モデルをテストするために、集団全体の分散データを統一することがさらに可能になる。医学界が患者ケアと解剖学教育27に3Dプリンティングを採用しているのと同様に、生態学者はレーザーカッターと3Dプリンタを使用して生態学的ツールと教育を再設計することができ、この研究の範囲内で、着陸プラットフォームや垂直に移動できるフライトミルアームなどの追加のフライトミルコンポーネントを設計することができます。さらに、Makerspace技術が提供するカスタマイズ、費用対効果、生産性の向上は、独自のツールやデバイスを開発しようとする研究者にとって比較的低い障壁を持つ分散プロジェクトを立ち上げる手助けとなります。
この飛行ミルを構成するために、メーカーが考慮できる機械的および器械的な制限もあります。磁石と3Dプリントされた機能強化により、クロスブラケットの構築を除いて、フライトミルは本質的に接着剤がなく、異なるサイズの昆虫に対応できます。しかし、昆虫の質量と強度が増加するにつれて、昆虫はつながれながら自分自身を取り外す可能性が高くなる可能性があります。強い磁石は増加したトーショナルドラッグを犠牲にして使用することができ、またはボールベアリングは、数グラム28、29の重量を量る昆虫を飛行試験するための堅牢なソリューションとして磁気ベアリングを置き換えることができます。それにもかかわらず、ボールベアリングは、主に高速および高温で長時間実験を行うとボールベアリングの潤滑を劣化させ、摩擦30を増加させるといういくつかの問題を提示することができる。したがって、ユーザーは、どのフライトミルのメカニックが研究と実験設計の昆虫に最も適するかを識別する必要があります。
同様に、このペーパーの考慮事項を超えたフライトミルを計測する方法はいくつかあります。ここで紹介するフライトミルでは、IRセンサーを使用して回転を検出し、WinDAQソフトウェアで回転を記録し、生データを処理するプログラミングスクリプトを使用しています。使い方は簡単ですが、WinDAQソフトウェアには限られたツールがあります。ユーザは対応するチャネルにコメントを付けることができず、回線のコンポーネントに障害が発生した場合は警告を受けられません。これらのケースは、コードを通じて検出して修正することによって、データ収集後にのみ解決されます。あるいは、ユーザーはカスタマイズ可能なデータ収集機能28 を提供する複数のソフトウェアを採用するか、またはバイクのmilometers29のような直接の速度と距離の統計を取るセンサーを採用することができます。ただし、これらの代替手段は、貴重な生データをバイパスしたり、あまりにも多くのソフトウェアアプリケーションで機能を拡散したりして、データ処理を非効率的にする可能性があります。最終的には、このプロトコルは、フライトミル計測器を改造するのではなく、現在のソフトウェアの制限に対する堅牢なプログラミングソリューションを提供します。
本論文では、研究者の分散研究を支援し、行動生態学の分野における新たな技術の組み込みを促進するために、強化された簡単な飛行ミルの設計を説明する。この飛行ミルはインキュベーターの制約の範囲内に収まり、最大8つの昆虫を同時に収容し、データ収集と処理を自動化します。特に、その3Dプリントされた機能強化により、ユーザーはミルアームとIRセンサーの高さを調整して、さまざまなサイズの昆虫をテストし、迅速な保管や輸送のためにデバイスを分解することができます。共同メーカースペースへの制度的なアクセスのおかげで、すべての機能強化は無料で、シンプルで近代的なフライトミルと比較して追加コストは発生しません。必要なソフトウェアはすべて無料で、電子回路はシンプルで、実験計画の特定のニーズに合わせてすべてのスクリプトを変更できます。さらに、コード化された診断により、ユーザーは録音の完全性と精度を確認できます。最後に、このプロトコルは、昆虫をミルアームに磁気的に塗装し、テザリングすることによって、昆虫が持続するストレスを最小限に抑えます。シンプルなフライトミルの組み立てはすでにアクセス可能で、手頃な価格で柔軟であり、Makerspace技術を使用してシンプルなフライトミルを強化することで、研究者に独自の飛行研究ニーズを克服するスペースを与えることができ、この論文の考慮事項を超えた創造的なフライトミル設計を刺激することができます。

<table><tbody><tr><td>180°C&オメガ;抵抗器</td><td>E-Projects</td><td>10EP514180R</td><td>カーボンフィルム、硬質 24 ゲージリード線</td></tr><tr><td>19ゲージ非磁性低皮鋼管</td><td>マイクログループ</td><td>304H19RW&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>2.2 k&オメガ;抵抗</td>器 <td>Adafruit</td><td>2782</td><td>カーボン フィルム、硬質 24 ゲージ リード線</td></tr><tr><td>3Dプリンター</td><td>FlashForge</td><td>700355100638</td><td></td></tr><tr><td>3Dプリンターフィラメント</td><td>FlashForge</td><td>700355100638</td><td>直径 1.75 mm; 1kg/ロール.</td></tr><tr><td>3Dプリント スライシングソフトウェア</td><td>FlashPrint</td><td>4.4.0</td><td></td></tr><tr><td>アクリルプラスチックシート</td><td>Blick Art Supplies</td><td>28945-1006</td><td></td></tr><tr><td>アルミホイル</td><td>ターゲット</td><td>253-01-0860</td><td></td></tr><tr><td>ブレッドボード 電源</td><td>ハンズオン テック</td><td>MDU1025</td><td>6.5Vから12Vの入力を取り、3.3Vと5Vを生成できます。</td></tr><tr><td>DI-1100 USBデータロガー</td><td>DATAQインスツルメンツ</td><td>DI-1100</td><td>は、4つの差動装甲アナログ入力を備えています。</td></tr><tr><td>電線</td><td>Striveday</td><td>B077HWS5XV</td><td>24ゲージの単線。</td></tr><tr><td>昆虫ピン</td><td>BioQuip</td><td>1208S2</td><td>サイズ 2; 直径 0.45 mm.</td></tr><tr><td>ろ過された20 uLピペットチップ</td><td>フィッシャーサイエンティフィ</td>ック<td>21-402-550</td><td></td></tr><tr><td>ホットグルーガン、ホットグルージョ</td><td>アンファブリック17366956</td><td></td><td></td></tr><tr><td>IRセンサーAdafruit</td><td></td><td>2167</td><td>これは&nbsp;3mm内径&nbsp;バージョン;25cmまで動作します。</td></tr><tr><td>大型透明ビニールチューブ</td><td>ホームデポ</td><td>T10007008</td><td>内径3/8インチ、外径1/2インチ、長さ20フィート</td></tr><tr><td>大型マグネットバン</td><td>ティング</td><td>EP654</td><td>低摩擦N42ネオジム、直径0.394インチ、長さ0.157インチ、保持力4.9ポンド&nbsp;</td></tr><tr><td>レーザーカッター&nbsp;</td><td>ユニバーサルレーザーシステムズ&nbsp;</td><td>PLS6.75</td><td></td></tr><tr><td>M5 六角ナット</td><td>ホーム デポ</td><td>204274112</td><td>ねじピッチ 0.8 mm、ねじ長さ 20 mm、直径 5 mm。</td></tr><tr><td>M5 ロング アイアン スクリュー</td><td>ホーム デポ</td><td>204283784</td><td>フィリップスなべヘッド。ねじピッチ 0.8 mm、ネジの長さ 20 mm、直径 5 mm。</td></tr><tr><td>M5 ショート鉄ネジ</td><td>ホームデポ</td><td>203540129</td><td>フィリップスなべ頭、ねじピッチ 0.8 mm、ネジの長さ 10 mm、直径 5 mm。</td></tr><tr><td>ネオプレンゴムシート</td><td>グレイン</td><td>ジャー60DC16</td><td>長さ12インチ、幅12インチ、奥行き1/8インチ。</td></tr><tr><td>オンライン3Dモデリングソフト「</td><td>Autodesk</td><td>2019_10_14</td>」<td>Tinkercad.com 無料アカウントを提供しています。</td></tr><tr><td>電源アダプタ</td><td>Adafruit</td><td>63</td><td>9 VDC 1000mA 安定化スイッチング、入力電圧 DC 3.3V 5V。</td></tr><tr><td>小さな透明なビニールチューブ</td><td>ホームデポ</td><td>T10007005</td><td>内径1/4インチ、外径3/8インチ、長さ20フィート。</td></tr><tr><td>小型マグネットバン</td><td>ティング</td><td>N42P120060</td><td>低摩擦 N42 ネオジム、直径 0.120 インチ、長さ 0.060 インチ、保持力 0.5 ポンド</td></tr><tr><td>はんだレスMB-102ブレッドボード&nbsp;</td><td>Adafruit</td><td>239</td><td>830タイポイント、長さ17 cm、幅5.5 cm、入力電圧、DC 3.3 V 5 V。</td></tr><tr><td>洗練された仕上げ鉄メタリックサーフェイサー</td><td>ブリックアートサプライ</td><td>27105-2584</td><td></td></tr><tr><td>ワイヤーカッター</td><td>ターゲット</td><td>&nbsp;84-031W</td><td></td></tr></tbody></table>

テザード昆虫飛行研究のための強化飛行ミルの建設

Building an Enhanced Flight Mill for the Study of Tethered Insect Flight

メーカースペースは、研究者が新しい技術を開発し、生態学的研究で新しい種と協力することを可能にする高い可能性を秘めています。このプロトコルは、比較的低コストでより汎用性の高いフライトミルを構築するために、メーカースペースに見られる技術を活用する方法を示しています。この研究は、過去10年間に構築されたフライトミルからプロトタイプを抽出したことを考えると、このプロトコルは、シンプルで近代的な飛行工場から作られた発散を概説することに焦点を当てています。これまでの研究では、飛行ミルが速度、距離、周期などの飛行パラメータを測定するのにどれほど有利であるかがすでに示されています。このような工場は、研究者が形態学的、生理学的、または遺伝的要因とこれらのパラメータを関連付けることを可能にしました。これらの利点に加えて、この研究は、より柔軟で頑丈で折りたたみ可能なフライトミル設計を構築するために、3Dプリンタやレーザーカッターなどのメーカースペースでこの技術を使用することの利点について議論します。最も顕著なのは、この設計の3Dプリントされた部品はユーザーが調節可能なミル腕および赤外線(IR)センサーの高さを作ることによってさまざまなサイズの昆虫をテストすることを可能にする。3Dプリントはまたユーザーが容易に現場への迅速な貯蔵または輸送のための機械を分解することを可能にする。さらに、この研究は、最小限のストレスで昆虫をテザーするために磁石と磁気塗料をより活用しています。最後に、このプロトコルは、単一の記録内で区別可能な飛行試験を効率的に分離し、分析するコンピュータスクリプトを通じて飛行データの多目的な分析を詳述します。より多くの労力を要するが、メーカースペースやオンライン3Dモデリングプログラムで利用可能なツールを適用することは、学際的かつプロセス指向の実践を促進し、研究者が狭く調整可能な寸法で高価な、前作りの製品を避けるのに役立ちます。このプロトコルは、メーカー空間における技術の柔軟性と再現性を活用することで、創造的なフライトミル設計を促進し、オープンサイエンスを刺激します。

飛行データは、モデル昆虫としてフロリダから収集されたJ.ヘマトロマを使用して2020年冬の間に実験的に得られました(ベルナト、A.V.とチェンツァー、M.L.、2020年、未発表データ)。代表的な飛行試験は、シカゴ大学の生態進化学科で行われました。 飛行ミルは、28°C/27°C(昼/夜)、相対湿度70%、および14時間光/10時間の暗いサイクルに設定されたインキュベーター内に設置されました。各試行に対して、複数のバグの飛行トラックは、WinDAQソフトウェアによって100分の1秒ごとに最大24時間記録されました。予備試験の後、飛行行動は破裂飛行と連続飛行に分類された。バースターは一度に10分未満で散発的に飛び、連続したチラシは10分以上途切れることなく飛びました。30分の試験段階で連続飛行行動を示さなかった個人は、フライトミルから引き離され、イベントマーカーコメントの新しいバ...

このプロトコルは、より柔軟なフライトミル設計を作成するために、メーカースペースに見られる3次元(3D)プリンタとレーザーカッターを使用しています。この技術を使用することで、研究者は、つながれた昆虫飛行研究のために飛行工場を建設する際に、コストを削減し、設計の柔軟性を高め、再現可能な作業を生成することができます。

Makerspaces have a high potential of enabling researchers to develop new techniques and to work with novel species in ecological research. This protocol ...

このプロトコルは、レーザーカッターや3DプリンタなどのMakerspace技術を使用して、手頃な価格で強化されたフライトミルを構築するために使用できます。レーザーカッターと3Dプリンタは複雑なデザインを扱うことができるため、実験要件に合わせてフライトミルを簡単にカスタマイズして再現できます。メーカースペースでアクリルサポートを構築するには、開いて適切なベクトルグラフィックスエディタを開き、RGB赤が線をカットする0.0001ポイントのラインストロークでRGBモードでファイルラインを作成し、RGB青のエッジラインを作成します。予防措置として、図のようにカーブキーを設計します。レーザーカッターの電源投入、使用、保守に関するメーカースペースのガイドラインに従ってください。レーザーソフトウェアで、材料にはプラスチック、材料タイプにはアクリルを選択します。余分な精密のために材料の厚さを測定し、材料の厚さフィールドにその厚さを入力するためにキャリパーを使用してください。プリンターのキャビティに材料を配置し、カーブ キーをカットします。カーブキーを使用して曲線の幅を決定し、必要に応じてアクリルサポート設計のすべてのスリットと穴の測定に対応したカーブを考慮してから、アクリルサポートをレーザー切断します。プラスチックサポートの 3D プリントの場合は、[3D デザインと作成]をクリックして新しいデザインを作成します。このスタディを正確に3Dプリントされたデザインを複製するには、アーカイブをダウンロードして、3D_Prints。をクリックし、フォルダをデスクトップに移動します。フォルダを開きます。オンライン 3D モデリング プログラムで、プレーンな Web ページを操作し、[インポート] をクリックして、フォルダーからすべての stl ファイルを選択します。デザインを自作または調整するには、ウェブサイトのチュートリアルに従ってください。編集を行い、新しいデザインを stl ファイルとしてエクスポートします。デザインのミラーを取得するには、オブジェクトをクリックし、[M]をクリックして、オブジェクトの幅に対応する矢印を選択します。3D 印刷の場合は、3D 印刷、ソフトウェアのスライスアイコンをダブルクリックし、印刷するオブジェクトファイルを選択します。[印刷]と[機械タイプ]を選択して3Dプリンタを選択し、移動アイコンをダブルクリックしてオブジェクトの位置を調整します。プラットフォームをクリックして、モデルがプラットフォーム上にあることを確認します。[移動]をクリックし、オブジェクトをビルド領域の中心に配置します。オブジェクトの準備ができたら、[印刷] をクリックして、印刷を gx ファイルとして保存します。次に、標準プロトコルに従って3Dプリンタの押出機を校正し、印刷に十分なフィラメントがあることを確認します。すべてのオブジェクトが変更されると、gxファイルを3Dプリンタに転送し、すべてのサポートと拡張機能を印刷します。各印刷用フィラメントがプレートに正しく貼り付いていることを確認してください。合計8つのリニアガイドレール、16リニアガイドレールブロック、12〜20本のネジ、15のクロスブラケット、16個の磁石ホルダー、16チューブサポート、16の短いリニアガイドレールサポート、16の長い系統ガイドレールサポートがこのデザインに合わせて3Dプリントする必要があります。アクリル壁を組み立てた後、上部チューブ支持体に長さ30ミリメートルのプラスチックチューブを挿入し、15ミリメートルの長さのプラスチックチューブを各セルの底管支持体に挿入します。長さ14ミリのプラスチックチューブを上部チューブに、長さ20ミリメートルのプラスチックチューブを下部チューブに挿入し、チューブ間に十分な強い摩擦があり、内側のチューブが引っ張られた場合に上下にスライドさせることなく、チューブを所定の位置に保持できるようにします。チューブが歪んでいる場合は、ゆがんだチューブセグメントを沸騰水に1分間浸し、タオルでチューブをまっすぐにし、材料が室温に達してから、まっすぐにしたセグメントをチューブに挿入します。各磁石支持体に2つの低摩擦ネオジム磁石とインナーチューブを入れました。内部チューブを各マグネットサポートにしっかりと取り付け、磁石に作用する重力と磁石の支持が、内部チューブから材料を外すのに十分な強度を持たないようにします。磁石の各ペアが互いに反発するかどうかを確認します。リニアガイドレールブロックを両方とも上向きにして、ブロックをリニアガイドレールにスライドさせ、リニアガイドレールとブロックを垂直の外側の壁の窓に直立させます。2 つの短いリニア ガイド レール サポート、2 つの長いリニア ガイド レール サポート、4 つの 10 ミリメートル長い鉄ネジ、2 つの 20 ミリメートル長い鉄ネジ、および 2 つの六重ナットを使用して、1 つのリニア ガイド レールを固定します。ピボットアームを構築するために、ピペット先端の車軸に19ゲージの非磁性皮下鋼管を接着し、2つの低摩擦ネオジム磁石をピボットアームの曲がった端に接着して、金属が飛行のために塗装された昆虫をテザーする。ピボットアームの曲げられていない端にアルミ箔を巻き付けて、フラグのカウンターウェイトを作成し、赤外線センサー送信機から受信機に送信される赤外線ビームを破ります。赤外線センサーとデータロガーを設定するには、赤外線センサー送信機を、ビームのエミッタを下向きにして上部リニアガイドレールブロックの内側に配置し、赤外線センサーレシーバーを底面ブロックの内側に上向きに配置します。飛行試験のために飛行ミルアームに昆虫を磁気的にテザーするには、昆虫の原始に磁気塗料を塗布し、塗料を少なくとも10分間乾燥させます。乾いたら、昆虫をフライトミルアームマグネットに取り付けます。最大 8 つの昆虫をアタッチした後、フライト分析ソフトウェアで [ファイルと記録] をクリックし、最初のポップアップ ウィンドウで記録ファイルの場所を選択し、ファイル名に記録セット番号とチャンネル文字が含まれていることを確認し、次のポップアップ ウィンドウ OK.In クリックして、予想される飛行記録の長さを入力します。昆虫が位置に入ったら、[OK]をクリックして記録を開始します。記録の最後で、Control S を押してファイルをファイナライズします。イベント マーカーのコメントを作成するには、チャンネル番号をクリックし、[編集]と[コメントマークを挿入]をクリックし、チャンバーに入る新しい昆虫の識別番号を使用してコメントを定義し、[OK]をクリックして、昆虫をチャンバーにロードします。WDH 記録ファイルをテキスト形式に変換し、イベント マーカーのコメントでテキスト ファイルを分割した後、trough_diagnosticを開きます。Flight_scriptsフォルダで生成されたpngファイルとすべてのレコードをチェックすることは、平均標準化間隔の最小および最大電圧値の変化に強いです。レコードが問題の場合は、すべてのユーザー設定を指定し、flight_analysisを保存して実行します。pyスクリプト。スクリプトの実行が成功すると、対応する ID 番号、チャンバー、および昆虫の計算されたフライト統計が Python シェルに出力されます。構成flight_stats_summary。また、情報の csv ファイルは、python シェルのflight_scriptsディレクトリ データ フォルダーにも出力されます。これらの代表的な飛行データは、モデルとしてフロリダから収集されたJヘムラットアロマを使用して2020年の冬の間に実験的に得られました。この一連の試行では、騒音や中断のないすべてのチャネルのフライトデータが正常に記録されました。しかし、この分析では、記録された信号はチャネル3で失われ、開いたワイヤの交差やワイヤの緩みにより、電圧を直ちにゼロボルトに落としました。この試験で観察されたように、フライトミルアームの各回転によって生成されたトラフ診断データは堅牢であり、ファイルから大きく逸脱した電圧を示しています。この分析では、平均を中心とした標準化区間が増加するにつれて、同定されたトラフの数はほとんど変化を示さなく、電圧ノイズを最小限に抑え、正確な標準化を示唆した。この飛行とは対照的に、トラフは敏感すぎるか、ファイルの平均電圧から大きく逸脱しない過激な電圧ノイズを持っていました。その結果、平均の周りの標準化間隔が増加するにつれて、トラフの数が大幅に減少しました。個々の飛行行動は、バースト、連続、連続的なバースト、連続的な4つの飛行カテゴリーにさらに特徴づけることができます。したがって、ユーザーは、個々のトラックで一意のバリエーションにもかかわらず、一般的な飛行行動パターンを識別するために、このグラフィック出力を使用することができます。検査できる昆虫が多ければ多いほど、昆虫の動き方を理解する方法が増えます。これらの方法はまた、生態学者が独自のツールを構築できるように、新興技術を使用することを奨励します。

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Research

JoVE Journal

Engineering

工学

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テザード昆虫飛行研究のための強化飛行ミルの建設

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