Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Insekt-maskine Hybrid System: Remote Radio Kontrol af en Frit Flying Beetle ( Published: September 2, 2016 doi: 10.3791/54260
Automatic Translation
1, 1
1School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University

Abstract

Fremkomsten af ​​radio-aktiverede digitale elektroniske apparater har foranlediget anvendelsen af ​​små trådløse neuromuskulære optagere og stimulatorer til at studere under flyvning insekt adfærd. Denne teknologi gør det muligt at udvikle et insekt-maskine hybrid system ved hjælp af et levende insekt platform er beskrevet i denne protokol. Desuden denne protokol præsenterer systemkonfiguration og fri flyvning eksperimentelle procedurer for evaluering af funktionen af ​​de fly muskler i en løsgående insekt. For demonstration, vi målrettet den tredje aksillær sclerite (3AX) muskler til at styre og opnå venstre eller højre drejning af en flyvende bille. En tynd sølvtråd elektrode blev implanteret på 3AX muskel på hver side af bille. Disse blev forbundet til udgangene af en trådløs rygsæk (dvs. en neuromuskulær elektrisk stimulator) monteret på pronotum af billen. Musklen blev stimuleret i fri flugt ved skiftevis stimulation side (venstre eller højre) eller variere stimulation frekvens. Billen drejes til ipsilaterale side, når musklen blev stimuleret og udstillet en gradueret reaktion på en stigende frekvens. Den implantation proces og volumen kalibrering af tre dimensionelle motion capture kamerasystem skal udføres med forsigtighed for at undgå at beskadige muskler og miste overblikket over markøren henholdsvis. Denne metode er særdeles gavnligt at studere insekt flyvning, da det hjælper til at afsløre funktionerne af flyvningen musklen af ​​interesse i fri flugt.

Protocol

1. Undersøgelse Animal

  1. Bageste individuelle Mecynorrhina torquata biller (6 cm, 8 g) i separate plastbeholdere med træpiller strøelse.
  2. Feed hver bille en kop sukker gelé (12 ml) hver 3 dage.
  3. Hold temperatur og fugtighed i opdræt værelse ved 25 ° C og 60%, hhv.
  4. Test flyvningen evne af hvert bille før implantering tynde trådelektroder.
    1. Forsigtigt kaste en bille i luften. Hvis billen kan flyve i mere end 10 sek til 5 på hinanden følgende forsøg, konkludere, at billen har regelmæssige kapaciteter fly og beskæftiger det til den efterfølgende flyvning eksperimenter. For at generobre billen, slukke alle lysene i rummet for at gøre det mørkt. Dette bevirker, at billen at afslutte flyvning.
      Bemærk: En bille spontant begynder at flyve væk, når frigivet til luften. Det er bedre at udføre forsøgene flyvning i et stort lukket rum såsom den vist i figur 1 (16 x 8 x 4 m 3), en flyvende bille bevæger sig meget hurtigt (ca. 3-5 m / sek) og trækker store buer, når man drejer i luften.

2. Elektrode Implantation

  1. Bedøver billen ved at placere den i en plastikbeholder fyldt med CO 2 i 1 min 13,16,20-24.
  2. Blødgøre dental voks ved at dyppe den i varmt vand i 10 sek. Placer bedøvet bille på en træklods og immobilisere det med det blødgjorte dental voks. Dental voks naturligt afkøler og størkner i løbet af få minutter.
  3. Efterfølgende isolerede sølvtråde (127 um nøgne diameter, 178 um diameter, når coatet med perfluoralkoxy) i længder på 25 mm til anvendelse som tynde trådelektroder til implantation.
  4. Expose 3 mm nøgne silver af flammende isolatoren i begge ender af hver ledning.
  5. Dissekere øverste overflade af bille kutikula med en fin spids saks til at skabe et Smalll vindue på ca. 4 x 4 mm på metepisternum (Figur 2c). Bemærk: En blød brunfarvet kutikula udsættes derefter, som vist i fig 2c - e. Den 3AX muskel er placeret under den bløde neglebånd.
  6. Pierce to huller på den eksponerede brun kutikula anvendelse af et insekt tap (størrelse 00) med en afstand mellem de to huller (Figur 2D) 2 mm.
  7. Sæt to trådelektroder (herunder én aktiv og en returelektroder fremstillet i trin 2.4) forsigtigt gennem hullerne og implantere dem i hver 3AX muskel i en dybde på 3 mm.
  8. Fastgør de implanterede elektroder og holde dem på plads for at undgå kontakt og kortslutninger ved at droppe smeltet bivoks på hullerne. Hvis det er nødvendigt, reflow bivoks over kutikula ved at berøre bivoks med spidsen af ​​en varm loddekolbe. Den bivoks hurtigt størkner og forstærker implantation.
    Bemærk: For at kontrollere, om implantation er korrekt, elytra af sukkerroerle kan løftes for at observere bevægelsen af ​​3AX musklen under elektrisk stimulation.

3. Trådløs Rygsæk Assembly

Bemærk: rygsæk bestod af en indbygget radio mikrocontroller på en 4 lag FR-4 bord (1,6 x 1,6 cm 2). Rygsækken var drevet af et lithium-polymer MicroBattery (3,7 V, 350 mg, 10 mAh). Den samlede masse af rygsækken inklusive batteri var 1,2 ± 0,26 g, der er mindre end nyttelastkapaciteten af ​​beetle (30% af 10 g legemsvægt). Rygsækken blev forprogrammeres til at modtage trådløse kommunikationer og havde to udgangskanaler.

  1. Rengør pronotum overflade (fjern vokslaget på kutikula) med dobbeltklæbende tape. Derefter lægger rygsækken på pronotum af bille med et stykke dobbeltklæbende tape.
  2. Tilslut enderne af de implanterede elektroder til udgangene af rygsækken.
  3. Wrap refleksbånd omkring MicroBattery at producere en markør for motion capture-kameraer til at opdage.
  4. Fastgør mikrobatteri til toppen af ​​rygsækken hjælp af et stykke dobbeltklæbende tape, således at refleksbånd kan detekteres ved bevægelse capture kameraer.

4. Trådløs Control System

Bemærk: I dette tilfælde er udtrykket trådløse styresystem omfatter en modtager til fjernbetjeningen, en bærbar computer til at køre den brugerdefinerede flyvning kontrol software, en basestation, rygsækken, og motion capture system.

  1. Forbind basestationen og modtager af fjernbetjeningen til den bærbare computer via USB-porte.
  2. Tænd motion capture-system og tilslut det til den bærbare computer via en Ethernet-port.
  3. Udfør volumen kalibrering ved at vifte kalibreringen Wand (forudsat af sælgeren selskab af motion capture-system) til fuldt ud at dække motion capture plads.
    1. Åbn motion capture software fra skrivebordet på den bærbare computer. Klik og drag for at vælge alle de kameraer på "System" menuen i "Resources" panel.
    2. Klik på menuen "3D perspektiv" og vælg "Camera" for at skifte til kameraet visningen. Klik på fanebladet "Camera" på "Funktioner" panel for at vise kalibreringen setup. Klik på "Start" på "Opret Kamera Masker" menuen for at fjerne støj fra kameraerne og derefter "Stop" efter støjen er maskeret i blåt.
    3. Klik og vælg "5 Marker Wand & L-Frame" fra menuen "Wand", og menuen "L-Frame" på fanen "Camera". Indstil "Wand Count" til 2500, klik på "Start" på menuen "Kalibrer kameraer", og bølge kalibreringen wand gennem hele motion capture plads. Kalibreringen stopper, når staven tæller når 2500.
    4. Gentag kalibreringen, hvis billedet fejl (nederst på "Camera" fanen "Funktioner" panel) er højere end 0,3 feller enhver kamera. Efter kalibrering, sætte staven på gulvet i midten af ​​motion capture plads og klik på "Start" på menuen "Set Volume Origin" for at indstille oprindelsen af ​​motion capture plads.
  4. Tjek dækningen af ​​motion capture-system under anvendelse af en testcyklus at registrere bevægelsesbane af en markør vinkede af en bruger i motion capture plads og bekræfte, om markøren detekteres og spores. Hvis markøren ofte går tabt under påvisning, gentag volumen kalibrering indtil dummy test lykkes.
    1. Klik på fanebladet "Capture" på "Funktioner" panel og derefter "Start" på menuen "Capture", før vinke prøven markør gennem hele motion capture plads til at optage sin bane.
    2. Efter optagelsen, skal du klikke på "Kører Genskab pipeline" at rekonstruere holdninger markøren og kontrollere kvaliteten af ​​optagelsen.
  5. Slut klemmer Microbattery (fastgjort til rygsækken i trin 3.4) til el-stifter af rygsækken.
  6. Test trådløs kommunikation mellem den bærbare computer og rygsækken ved hjælp af brugerdefinerede flyvning kontrol software. Klik på kommandoen "Start" på software og kontrollere den viste forbindelsen status.

5. Gratis Flight Experiment

  1. Udfør den fri flyvning eksperiment i en flyvning arena måler 16 x 8 x 4 m 3.
  2. Input de relevante parametre til flyvningen kontrol software (spænding, pulsbredde, frekvens, og stimulering varighed). Bemærk: demonstration, vi fast spændingen til 3 V, puls bredde til 3 ms, og stimulering varighed til 1 sek og varierede frekvensen fra 60 til 100 Hz.
    1. På software-skærmen, type 3 til 3 V i feltet "Spænding", 1000 til 1000 ms i "Stimulation Duration" kasse, 3 for 3 ms i feltet "Pulse Width", og en ønsket frekvens i Hz i " Frekvens "kasse on kommando-vinduet.
  3. Slip rygsæk monteret bille i luften gør det muligt at flyve frit inden flyvningen arena. Manuelt udløse stimulation når billen kommer ind i motion capture plads. Tryk på den relevante kommando knap (venstre eller højre) på fjernbetjeningen for at stimulere målet muskel i venstre eller højre side af billen.
    Bemærk: Når der trykkes på knappen, flyvning kontrol software, der kører på den bærbare computer genererer kommandoen og sender den til rygsækken. Rygsækken udsender derefter den elektriske stimulus til musklen af ​​interesse (i venstre eller højre side).
  4. Overhold billen reaktion i realtid under stimulering og rekonstruere data ved hjælp af 3D-graftegning software.
    1. Vælg en af ​​de forsøg, der er optaget på listen over de "Beetle Display" vinduet data og klik på "Export Panda" for at kopiere data fra dette forsøg til analysen mappen og køre 3D graftegning modulet.
    2. Tryk på "N" påtastaturet at kombinere stimulus signal med det optagne bane. Tryk på I for at vise bane af bille med de fremhævede stimulation perioder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Proceduren elektroden implantation er præsenteret i figur 2 Tynd sølvtråd elektroder blev implanteret i 3AX muskel i billen gennem små huller gennemboret på den bløde overhud på musklen (figur 2d - e).. Denne bløde neglebånd findes lige over apodema af basalar muskler efter fjernelse af forreste del af metepisternum (figur 2d - c). Elektroderne blev derefter sikret med bivoks (figur 2f).

Figur 3 viser procedurerne til konstruktion en insekt-maskine hybrid system under anvendelse af en intakt bille. Figur 2 og 3b viser fremgangsmåderne til implantering tynde metaltråde (stimulation elektroder) ind i musklen af interesse (for eksempel i figur 2, den 3AX musklen blev anvendt i denne undersøgelse) ogmontering af en rygsæk på pronotum af en bille. De frie ender af trådene blev indsat i hullerne i en lus på rygsækken, som elektrisk blev forbundet til input / output-stifter af microcontroller integreret på rygsækken (figur 3c). Endelig blev en MicroBattery monteret og strømkablet af MicroBattery blev forbundet med hullerne i jumper stik fører til jorden og positiv forsyning terminaler microcontroller.

Systemet trådløs styring er vist i figur 4. Når brugeren trykker på en kommando knap på fjernbetjeningen (figur 4c), flyvning kontrol software i den bærbare computer (figur 4d) genererer og trådløst sender kommandoen til rygsækken via basen station (figur 4b). Den motion capture-system (Figur 4e) detekterer positionen (X, Y og Z) af sukkerroerle og markerer det med et tidsstempel. Disse data er derefter tilført til den bærbare computer, og flyvningen styresoftware synkroniserer dataene med stimulering signaler.

Repræsentative resultater turn kontrol er vist i figur 5. Aktiveringen af 3AX musklen fandtes at forårsage en reduktion i vingeslag amplituden af den ipsilaterale side 13, hvilket således resulterer i billen udfører en ipsilateral drejning i fri flugt. Den elektriske stimulering af 3AX musklen viste en lignende effekt som billen drejes til ipsilaterale side, når venstre eller højre 3AX muskel blev stimuleret 13. Den ved sving af billen blev bedømt som en funktion af stimuleringsfrekvensen.

figur 1
Figur 1:. Fri flyvning arena arrangement Den frie flyvning arena blev arrangeret ito dele: kontrol rummet (3,5 x 8 x 4 m 3) blev anvendt til opsætning af implantation kit (mikroskop og dissektion værktøj) og kontrol kabine (computer, trådløs basestation, og kamera-controller), mens motion capture plads ( 12,5 x 8 x 4 m 3) blev dækket med 20 nær-infrarøde kameraer til at registrere positionen (X, Y og Z) i billen. Flyvningen arena var udstyret med 30 belysning paneler (60 x 60 cm 2, 48 W) til at gøre det så lyse som betingelser dagtimerne under forsøget. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2:. Procedure for elektrode implantation Billen blev bedøvet og immobiliseret med dental voks på en træklods for implantation procedure. (A - <strong> c) En lille vindue blev åbnet på metepisternum af billen at få adgang til 3AX musklen. (D) Anvendelse af en insekt pin blev to huller med en afstand på 2 mm gennemboret på den indre kutikula, der bærer 3AX muskel. (E) Elektroderne blev indsat i musklerne via disse huller og holdt på plads med en pincet til at sikre, at ingen crosstalk opstod mellem spidserne. . (F - g) Elektroderne blev derefter fastgjort til billen hjælp bivoks Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3:. Procedure til at producere et insekt-maskine hybrid system ved hjælp af en intakt bille (a) Musklen af renter på en levende bille blev implanteret witha par sølv trådelektroder. (B) Efter fastsættelse elektroderne med bivoks, vi monterede rygsækken på pronotum af billen med dobbeltklæbende tape. (C) De frie ender af elektroder blev indsat i udgangene af rygsækken og sikret med micropin headers. (D) En MicroBattery, som var dækket med reflekterende tape, var monteret på rygsækken med dobbeltklæbende tape og forbundet til el-stifter af rygsækken. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4:. Trådløst system til fri flyvning eksperiment Det trådløse system består af (a) en cyborg bille, (b) en trådløs basestation, (c (d) et transporterende bærbar computer med en Bluetooth-modtager tilsluttet, og (e) et 3D motion capture-system. Når brugeren trykker på kommando-knappen på fjernbetjeningen, den brugerdefinerede flyvning kontrol software på den bærbare computer sender stimulering kommandoen trådløst til cyborg bille via en basestation, der er sat i den bærbare computer via en USB-port. Når rygsækken modtager kommandoen, det genererer et elektrisk stimulus signal, der stimulerer muskel. Samtidig motion capture-systemet registrerer 3D-koordinater af billen og føder dem til den bærbare computer til synkronisering med stimulation data. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5: Den adfærd beetle på grund af den elektriske stimulation af 3AX muskel i fri flugt. (a) beetle drejet til den ipsilaterale side, når den venstre eller højre 3AX muskel blev stimuleret, og den drejende bevægelse blev gradueret som en funktion af stimuleringsfrekvensen. (B) zigzag sti flyvende bille, når venstre eller højre 3AX muskel blev stimuleret i rækkefølge. De stimulus parametre var en amplitude på 3 V, en puls bredde på 3 ms, og en frekvens på 60-100 Hz. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 6
Figur 6: Forslag markør sæt til sporing af 3D-orientering (roll, beg, og krøje) af billen Configuration hjælp (a) tre markører, (b) fire.markører, og (c) fem markører. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Implantationsprocessen er vigtigt, da det påvirker pålideligheden af ​​eksperimentet. Elektroderne bør indsættes i musklen i en dybde på 3 mm eller mindre afhængig af størrelsen af ​​beetle (undgå kontakt med nærliggende muskler). Hvis elektroderne rører de nærliggende muskler, kan der forekomme uønskede motoriske handlinger og adfærd på grund af sammentrækning af nærliggende muskler. De to elektroder skal være godt tilpasset for at undgå, at der ikke kortslutninger opstår. Når smelter og reflowing bivoks ved hjælp af en loddekolbe, det experimentalist skal være forsigtig og lodde så hurtigt som muligt, da musklen kan brændes ved langvarig kontakt med høje temperaturer, hvilket fører til en fejl i musklen. Selv fjerne neglebånd er påkrævet for at få adgang til 3AX muskel, indsættelse og forsegling proces tager mindre end et minut og blev forvaltet for at minimere skader på musklen. Insekterne blev returneret til opdræt værelse efter eksperimenterne og kunne overleveop til 3 måneder mere (slutningen af ​​deres levetid). For at opretholde gode resultater af billen, bør billen fodres og får lov til at hvile i 3 til 4 timer efter hver 20 på hinanden følgende undersøgelser som insektet kan blive trætte efter mange træk (40 til 50) flyvning forsøg, og kan ikke være i stand til at åbne dens vinger.

Med hensyn til den fri flyvning eksperiment, volumen kalibrering for motion capture-systemet er nødvendigt, da det påvirker bane sporing nøjagtighed. Det er vigtigt at udfylde de kameraer opfattelse fuld af bølger af kalibrering tryllestav med et billede fejl på mindre end 0,3 for alle de kameraer til at sikre nøjagtigheden af ​​bevægelsen tracking system. Desuden skal overfladen af ​​markøren være rene, eller 3D motion capture-system kan ofte glip af markør. Efter kalibreringen skal en dummy test udføres ved at vifte batteriet omviklet med refleksbånd i det afgrænsede volumen til at kontrollere dækningen af ​​motion capture system. Til prøvningden bevægelsessporing nøjagtighed, vi målte afstand af to markører bevæger sig i flyvningen arena. Markørerne blev fikseret på en karton med en afstand på 200 mm til hinanden. Bestyrelsen blev flyttet i hele flyvningen arena for at opnå forskellige stillinger i de to markører. Standardafvigelsen blev derefter beregnet til at være 1,3 mm (n = 3.000).

Den frie flugt testfacilitet (figur 1 og 4) gør det muligt at spore positionen (X, Y og Z) af en flyvende insekt sammen med et tidsstempel. Eftersom kun en enkelt markør er fæstnet til billen, og 3D motion capture system registrerer kun at markering, billen behandles som en partikel eller en masse punkt. Som sådan, data fra den flyvende bille har positionelle oplysninger men mangler orientering. Derfor kinematisk analyse fra positionsdataene af billen giver kun den translationelle hastighed og acceleration langs X, Y og Z akse uden vinkelhastighed eller vinkelformet acceleration irotationer om giring, hældning, og roll akser. Flere markører fikseret på en bille (såsom den vist i figur 6) skal anvendes til 3D motion capture-system til behandling af den flyvende insekter som et stift oversættelse data krop og optage rotation og. Dog skal experimentalist notere bidrag af disse markører til kinetikken af ​​en flyvende bille, fordi markøren ikke er et lille stykke tape, men skal være stort nok til at blive opdaget af kamerasystem med minimal sporing tab. Et sådant arrangement og fastgørelse af flere markører kan øge sin masse og inertimoment 25. Desuden kan størrelsen af ​​flyvningen arena indstilles så stort som muligt inden for dækningsområdet af bevægelsen tracking system for at reducere de begrænsninger for den frie flyvning adfærd billen. For dette papir, er størrelsen af flyvningen arena defineret baseret på den maksimale dækning af motion capture-system (12,5 x 8 x 4 m 3).

f.eks. Den basalar musklen for en kontralateral sving 7 og 3AX muskler for en ipsilateral turn 13. Desuden kan visse dele af nervesystemet hos et insekt fremkalde forskellige reaktioner. Optik lap stimulering kan fremkalde flyvning indledning 7, mens stimulering af antenner kan fremkalde kontralateral drejning i gå insekt 12. Desuden kan vi ændre funktionen af rygsækken fra at være en elektrisk stimulator til en elektromyografi optageren til at optage aktiviteterne i et insekt under dens naturlige adfærd 3,26.

Den frie flyvning stimulering af billen var med til at afsløre og bekræft naturlige funktion af 3AX muskel ved enabling observationer af den øjeblikkelige reaktion af insekt frit bevæger sig i luften. Sådanne oplysninger er ikke tilgængelig under bundne betingelser 11,13,27-30. Opførslen af ​​et insekt er begrænset under tøjrede forhold og kan være forskellig fra den i fri flyvning, muligvis kan føre til en forkert forståelse af insekt adfærd. Således fri flyvning stimulation ved hjælp af denne teknik er et stærkt værktøj til at validere de hypoteser hentet fra bundne eksperimenter. Desuden et insekt-maskine hybrid system er bedre end nuværende kunstige flakke robotter i form af lokomotiv evner og strømforbrug 13,17,31,32.

Insekt-maskine hybride systemer kan erstatte kunstige robotter i fremtiden, da de arver den komplekse og fleksible struktur og lokomotiv kapaciteter af en levende insekter og reducere produktionstiden af ​​produktionsprocessen. Forskellige lokomotiv evner kan hjælpe en insekt-maskine hybrid system til at fungere mereeffektivt i begrænsede rum, der involverer en kombination af gående og flyvende, fx i redningsopgaver. Desuden kan insekt-maskine hybride systemer potentielt anvendes som et redskab til insekt kontrol i landbruget, som det kan være i stand til at blande i naturlige insekt kolonier og bidrage til at kontrollere deres aktiviteter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Mecynorrhina torquata beetle Kingdom of Beetle Taiwan 10 g, 8 cm, pay load capacity is 30% of the body mass
Aproval of importing and using by Agri-Food and Veterinary Authority of Singapore (AVA; HS code: 01069000, product code: ALV002).
Wireless backpack stimulator Custom TI CC2431 micocontroler
The board is custom made based on the GINA board from Prof. Kris Pister’s lab. The layout of GINA board can be found at    https://openwsn.atlassian.net/wiki/display/OW/GINA
Wii Remote control Nintendo Bluetooth remote control to send the command to the operator laptop
BeetleCommander v1.8 Custom. Maharbiz group at UC Berkeley and Sato group at NTU Establish the wireless communication of the backpack and the operator laptop. Configure the stimulus parameters and log the positional data. Visualize the flight data.
GINA base station Kris Pister group at UC Berkeley TI MSP430F2618 and AT86RF231
Motion capture system VICON T160 8 cameras for a flight arena of 12.5 m x 8 m x 4 m
Motion capture system VICON T40s 12 cameras for a flight arena of 12.5 x 8 x 4 m
Micro battery Fullriver  201013HS10C  3.7V, 10 mAh
Retro reflective tape Reflexite V92-1549-010150 V92 reflective tape, silver color
PFA-Insulated Silver Wire  A-M systems 786000 127 µm bare, 177.8 µm coated, 3 mm bare silver flame exposed at tips
SMT Micro Header  SAMTEC FTSH-110-01-L-DV 0.3 mm x 6 mm, bend to make a 3 mm long slider to secure the electrode into the PCB header.
Beeswax Secure the electrodes
Dental Wax Vertex Immobilize the beetle
Insect pin ROBOZ RS-6082-30 Size  00; 0.3 mm Rod diameter; 0.03 mm tip width; 38 mm Length 
Make electrode guiding holes on cuticle
Tweezers DUMONT RS-5015 Pattern #5; .05 mm x .01 mm Tip Size; 110 mm Length
Dissecting and implantation
Scissors ROBOZ RS-5620 Vannas Micro Dissecting Spring Scissors; Straight; 3mm Cutting Edge; 0.1 mm Tip Width; 3" Overall Length 
Dissecting and implantation
Potable soldering iron DAIYO DS241 Reflow beeswax
Hotplate  CORNING PC-400D Melting beeswax and dental wax
Flourescent lamp Philips TL5 14W Light the entire flight arena with 30 panels (60 x 60 cm2). Each panel has 3 lamps.
14 W, 549 mm x 17 mm 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kutsch, W., Schwarz, G., Fischer, H., Kautz, H. Wireless Transmission of Muscle Potentials During Free Flight of a Locust. J. Exp. Biol. 185 (1), 367-373 (1993).
  2. Fischer, H., Kautz, H., Kutsch, W. A Radiotelemetric 2-Channel Unit for Transmission of Muscle Potentials During Free Flight of the Desert Locust, Schistocerca Gregaria. J. Neurosci. Methods. 64 (1), 39-45 (1996).
  3. Ando, N., Shimoyama, I., Kanzaki, R. A Dual-Channel FM Transmitter for Acquisition of Flight Muscle Activities from the Freely Flying Hawkmoth, Agrius Convolvuli. J. Neurosci. Methods. 115 (2), 181-187 (2002).
  4. Sanchez, C. J., et al. Locomotion control of hybrid cockroach robots. J. R. Soc. Interface. 12 (105), (2015).
  5. Sato, H., et al. A cyborg beetle: insect flight control through an implantable, tetherless microsystem. IEEE 21st International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, , 164-167 (2008).
  6. Bozkurt, A., Gilmour, R. F., Lal, A. Balloon-Assisted Flight of Radio-Controlled Insect Biobots. IEEE Trans. Biomed. Eng. 56 (9), 2304-2307 (2009).
  7. Sato, H., et al. Remote Radio Control of Insect Flight. Front. Neurosci. 3, (2009).
  8. Daly, D. C., et al. A Pulsed UWB Receiver SoC for Insect Motion Control. IEEE J. Solid-State Circuits. 45 (1), 153-166 (2010).
  9. Maharbiz, M. M., Sato, H. Cyborg Beetles. Sci. Am. 303 (6), 94-99 (2010).
  10. Tsang, W. M., et al. Remote control of a cyborg moth using carbon nanotube-enhanced flexible neuroprosthetic probe. 2010 IEEE 23rd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), , 39-42 (2010).
  11. Hinterwirth, A. J., et al. Wireless Stimulation of Antennal Muscles in Freely Flying Hawkmoths Leads to Flight Path Changes. PloS ONE. 7 (12), (2012).
  12. Whitmire, E., Latif, T., Bozkurt, A. Kinect-based system for automated control of terrestrial insect biobots. Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2013 35th Annual International Conference of the IEEE, , 1470-1473 (2013).
  13. Sato, H., et al. Deciphering the Role of a Coleopteran Steering Muscle via Free Flight Stimulation. Curr. Biol. 25 (6), 798-803 (2015).
  14. Erickson, J. C., Herrera, M., Bustamante, M., Shingiro, A., Bowen, T. Effective Stimulus Parameters for Directed Locomotion in Madagascar Hissing Cockroach Biobot. PLoS ONE. 10 (8), e0134348 (2015).
  15. Zhaolin, Y., et al. A preliminary study of motion control patterns for biorobotic spiders. Control & Automation (ICCA), 11th IEEE International Conference, , 128-132 (2014).
  16. Feng, C., Chao, Z., Hao Yu, C., Sato, H. Insect-machine hybrid robot: Insect walking control by sequential electrical stimulation of leg muscles. Robotics and Automation (ICRA), 2015 IEEE International Conference, , 4576-4582 (2015).
  17. Cao, F., et al. A Biological Micro Actuator: Graded and Closed-Loop Control of Insect Leg Motion by Electrical Stimulation of Muscles. PLoS ONE. 9 (8), e105389 (2014).
  18. Zhao, H., et al. Neuromechanism Study of Insect-Machine Interface: Flight Control by Neural Electrical Stimulation. PLoS ONE. 9 (11), e113012 (2014).
  19. Tsang, W. M., et al. Flexible Split-Ring Electrode for Insect Flight Biasing Using Multisite Neural Stimulation. IEEE Trans. Biomed. Eng. 57 (7), 1757-1764 (2010).
  20. Barron, A. B. Anaesthetising Drosophila for behavioural studies. J. Insect Physiol. 46 (4), 439-442 (2000).
  21. Cooper, J. E. Anesthesia, Analgesia, and Euthanasia of Invertebrates. ILAR Journal. 52 (2), 196-204 (2011).
  22. Miller, T. A. Insect neurophysiological techniques. , Springer Science & Business Media. (2012).
  23. Leary, S., et al. AVMA guidelines for the euthanasia of animals. , (2013).
  24. Heath, B., West, G., Heard, D., Caulkett, N. Mobile Inhalant Anesthesia Techniques. in Zoo Animal and Wildlife Immobilization and Anesthesia. , Blackwell Publishing Ltd. 75-80 (2008).
  25. Mischiati, M., et al. Internal models direct dragonfly interception steering. Nature. 517 (7534), 333-338 (2015).
  26. Kutsch, W., Berger, S., Kautz, H. Turning Manoeuvres in Free-Flying Locusts: Two-Channel Radio-Telemetric Transmission of Muscle Activity. J. Exp. Zoolog. Part A Comp. Exp. Biol. 299 (2), 139-150 (2003).
  27. Wang, H., Ando, N., Kanzaki, R. Active Control of Free Flight Manoeuvres in a Hawkmoth, Agrius Convolvuli. J. Exp. Biol. 211 (3), 423-432 (2008).
  28. Sato, H., Maharbiz, M. M. Recent developments in the remote radio control of insect flight. Front. Neurosci. 4, (2010).
  29. Tien Van, T., et al. Flight behavior of the rhinoceros beetle Trypoxylus dichotomus during electrical nerve stimulation. Bioinsp. Biomim. 7 (3), 036021 (2012).
  30. Sane, S. P., Dickinson, M. H. The control of flight force by a flapping wing: lift and drag production. J. Exp. Biol. 204 (15), 2607-2626 (2001).
  31. de Croon, G. C., et al. Design, aerodynamics and autonomy of the DelFly. Bioinsp. Biomim. 7 (2), 025003 (2012).
  32. Ma, K. Y., Chirarattananon, P., Fuller, S. B., Wood, R. J. Controlled Flight of a Biologically Inspired, Insect-Scale Robot. Science. 340 (6132), 603-607 (2013).

Tags

Neuroscience Insect adfærd insekt-maskine hybridsystem insekt-maskine insekt flyvning muskel Coleoptera fri flyvning stimulation telemetri
Insekt-maskine Hybrid System: Remote Radio Kontrol af en Frit Flying Beetle (<em&gt; Mercynorrhina torquata</em&gt;)
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Vo Doan, T. T., Sato, H.… More

Vo Doan, T. T., Sato, H. Insect-machine Hybrid System: Remote Radio Control of a Freely Flying Beetle (Mercynorrhina torquata). J. Vis. Exp. (115), e54260, doi:10.3791/54260 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter