Waiting
Login processing...

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

Engineering

Bağlı Böcek Uçuşunun Çalışması İçin Gelişmiş Bir Uçuş Değirmeni İnşa Etmek

Published: March 10, 2021 doi: 10.3791/62171
Automatic Translation
1
1Department of Ecology and Evolution, University of Chicago

Summary

Bu protokol, daha esnek bir uçuş değirmeni tasarımı oluşturmak için makerspace'lerde bulunan üç boyutlu (3D) yazıcıları ve lazer kesicileri kullanır. Araştırmacılar bu teknolojiyi kullanarak maliyetleri azaltabilir, tasarım esnekliğini artırabilir ve bağlı böcek uçuş çalışmaları için uçuş değirmenlerini inşa ederken tekrarlanabilir işler üretebilirler.

Abstract

Makerspaces, araştırmacıların ekolojik araştırmalarda yeni teknikler geliştirmelerini ve yeni türlerle çalışmalarını sağlama potansiyeli yüksektir. Bu protokol, nispeten düşük bir maliyetle daha çok yönlü bir uçuş değirmeni oluşturmak için makerspaces'te bulunan teknolojiden nasıl yararlanılacağını göstermektedir. Bu çalışmanın prototipini son on yılda inşa edilen uçuş fabrikalarından çıkardığı göz önüne alındığında, bu protokol daha çok basit, modern uçuş değirmeninden yapılan ayrışmaların ana hatlarını belirlemeye odaklanmaktadır. Önceki çalışmalar, uçuş değirmenlerinin hız, mesafe veya periyodiklik gibi uçuş parametrelerini ölçmek için ne kadar avantajlı olduğunu göstermiştir. Bu tür değirmenler, araştırmacıların bu parametreleri morfolojik, fizyolojik veya genetik faktörlerle ilişkilendirmelerine izin vermektedir. Bu avantajlara ek olarak, bu çalışma, daha esnek, sağlam ve katlanabilir bir uçuş değirmeni tasarımı oluşturmak için teknolojiyi 3D yazıcılar ve lazer kesiciler gibi makerspace'lerde kullanmanın faydalarını ele alıyor. En önemlisi, bu tasarımın 3D baskılı bileşenleri, kullanıcının değirmen kolunun ve kızılötesi (IR) sensörlerin yüksekliklerini ayarlanabilir hale getirerek çeşitli boyutlardaki böcekleri test etmesine izin verir. 3D baskılar ayrıca kullanıcının hızlı depolama veya alana taşıma için makineyi kolayca sökmesini sağlar. Ayrıca, bu çalışma, böcekleri minimum stresle birbirine bağlamak için mıknatısların ve manyetik boyanın daha fazla kullanılmasını sağlar. Son olarak, bu protokol, tek bir kayıt içinde farklılaşabilen uçuş denemelerini verimli bir şekilde ayıran ve analiz eden bilgisayar komut dosyaları aracılığıyla uçuş verilerinin çok yönlü bir analizini detaylandırıyor. Daha yoğun emek sarf etse de, makerspace'lerde ve çevrimiçi 3D modelleme programlarında mevcut araçları uygulamak multidisipliner ve süreç odaklı uygulamaları kolaylaştırır ve araştırmacıların dar ayarlanabilir boyutlara sahip maliyetli, önceden hazırlanmış ürünlerden kaçınmasına yardımcı olur. Bu protokol, makerspace'lerde teknolojinin esnekliğinden ve tekrarlanabilirliğinden yararlanarak yaratıcı uçuş değirmeni tasarımını teşvik eder ve açık bilime ilham verir.

Introduction

Böceklerin dağılımının sahada ne kadar zor olduğu göz önüne alındığında, uçuş değirmeni önemli bir ekolojik fenomeni ele almak için ortak bir laboratuvar aracı haline gelmiştir - böceklerin nasıl hareket ettiği. Sonuç olarak, uçuşdeğirmeni 1,2,3,4'ün öncüleri 60 yıllık uçuş değirmeni tasarımı ve yapımından bu yana, teknolojiler geliştikçe ve bilimsel topluluklara daha entegre hale geldikçe gözle görülür tasarım kaymaları olmuştur. Zamanla, otomatik veri toplama yazılımı grafik kayıtörlerinin yerini aldı ve uçuş değirmeni kolları cam çubuklardan karbon çubuklara ve çelik borulara geçti5. Sadece son on yılda, manyetik rulmanlar Teflon veya cam rulmanların yerini en uygun şekilde sürtünmesiz olarak aldı ve uçuş değirmeni makineleri ile çok yönlü teknoloji arasındaki çiftler, ses, görsel ve katman imalat teknolojisi araştırmacıların iş akışlarına giderek daha fazla entegre oldukça çoğalıyor. Bu eşleştirmeler, kanat aerodinamik6'yıölçmek için yüksek hızlı video kameralar, işitsel uçuş yanıtlarını incelemek için duyusal ipuçlarını taklit etmek için dijitalden analoga panolar7ve uçuş8sırasında kanat deformasyonunu izlemek için bir kalibrasyon makinesi yapmak için 3D baskı içerir. Makerspaces'te, özellikle de bilgili personel tarafından işletilen dijital medya merkezlerine sahip kurumlarda ortaya çıkan teknolojilerin son zamanlarda artmasıyla9, daha geniş bir böcek yelpazesini test etmek ve cihazı sahaya taşımak için uçuş değirmenini geliştirmek için daha büyük olasılıklar vardır. Ayrıca, araştırmacıların üretim tabanlı çalışma 9 , 10 , 11,12ile disiplin sınırlarını aşmaları ve teknik öğrenmeyi hızlandırmaları için yüksek bir potansiyel vardır. Burada sunulan uçuş değirmeni (Attisano ve meslektaşları13'tenuyarlanmıştır) makerspaces'te bulunan gelişmekte olan teknolojilerden yararlanarak sadece 1'e değil, aynı zamanda ölçekleri ve boyutları eldeki projeye ince ayarlı uçuş değirmeni bileşenleri oluşturmaktan da yararlanır) araştırmacılara yüksek bütçeli veya bilgisayar destekli tasarım (CAD) konusunda herhangi bir özel bilgi talep etmeden lazer kesim ve 3D baskıda erişilebilir bir protokol sunar.

Yeni teknolojileri ve yöntemleri uçuş değirmeni ile bire bağlamanın yararları önemlidir, ancak uçuş değirmenleri de değerli bağımsız makinelerdir. Uçuş değirmenleri böcek uçuş performansını ölçer ve uçuş hızının, mesafesinin veya periyodikliğinin sıcaklık, bağıl nem, mevsim, konak bitki, vücut kütlesi, morfolojik özellikler, yaş ve üreme aktivitesi gibi çevresel veya ekolojik faktörlerle nasıl ilişkili olduğunu belirlemek için kullanılır. Aktograflar, koşu bantları ve rüzgar tünellerinde ve kapalı arenalarda uçuş hareketinin video kaydı gibi alternatif yöntemlerden farklı olarak14, uçuş değirmeni laboratuvar koşullarında çeşitli uçuş performansı istatistiklerini toplama yeteneği ile dikkat çekiyor. Bu, ekologların uçuş dağılımıyla ilgili önemli soruları ele almalarına yardımcı olur ve disiplinlerinde ilerlemelerine yardımcı olur - entegre haşere yönetimi15,16,17, nüfus dinamikleri, genetik, biyogeografi, yaşam öyküsü stratejileri18veya fenotipik plastisite19,20,21,22 . Öte yandan, yüksek hızlı kameralar ve aktograflar gibi cihazlar sıkı, karmaşık ve pahalı bir kurulum gerektirebilir, ancak kanat çırpma frekansları ve böcek fotofaz aktivitesi23,24gibi daha ince ayarlı hareket parametrelerine de yol açabilir. Bu nedenle, burada sunulan uçuş değirmeni, araştırmacıların uçuş davranışını araştırması için esnek, uygun fiyatlı ve özelleştirilebilir bir seçenek olarak hizmet vermektedir.

Aynı şekilde, gelişmekte olan teknolojileri ekologların iş akışına entegre etme teşviki, dağılım çalışmalarına yönelik sorular ve yaklaşımlar daha yaratıcı ve karmaşık hale geldikçe artmaya devam ediyor. İnovasyonu teşvik eden konumlar olarak, makerspaces birden fazla uzmanlık seviyesine sahiptir ve her yaştan kullanıcının yeni teknik beceriler kazanması için düşük bir öğrenme eğrisi sunar10,12. Bilimsel cihazları makerspace'de ve çevrimiçi açık kaynaklar aracılığıyla prototiplemenin yinelemeli ve işbirlikçi doğası, teori11'in uygulanmasını hızlandırabilir ve ekolojik bilimlerde ürün geliştirmeyi kolaylaştırabilir. Ayrıca, bilimsel araçların tekrarlanabilirliğini artırmak, daha geniş veri toplamayı ve açık bilimi teşvik edecektir. Bu, araştırmacıların dağınıklık ölçümü için ekipmanı veya yöntemleri standartlaştırmaya yardımcı olabilir. Standartlaştırma araçları, ekologların dispersiyon çekirdekleri25 veya kaynak-lavabo kolonizasyon dinamiklerinden26'dangelişen metapopülasyon modellerini test etmek için popülasyonlar arasında dağılım verilerini birleştirmelerine daha fazla izin verebilir. Tıp camiasının hasta bakımı ve anatomi eğitimi için 3D baskıyı nasıl benimsediği gibi27, ekologlar ekolojik araçları ve eğitimi yeniden tasarlamak için lazer kesiciler ve 3D yazıcılar kullanabilir ve bu çalışma kapsamında iniş platformları veya dikey hareket edebilen bir uçuş değirmeni kolu gibi ek uçuş değirmeni bileşenleri tasarlayabilir. Buna karşılık, makerspace teknolojisinin sunduğu özelleştirme, maliyet etkinliği ve artan verimlilik, kendi araçlarını ve cihazlarını geliştirmek isteyen araştırmacılar için nispeten düşük bir bariyerle dağıtım projelerinin başlatılmasına yardımcı olabilir.

Bu uçuş değirmenini inşa etmek için, üretici tarafından düşünülebilecek mekanik ve enstrümantal sınırlamalar da vardır. Mıknatıslar ve 3D baskılı geliştirmeler, uçuş değirmeninin çapraz braketlerin inşası dışında esasen tutkalsız olmasını ve farklı boyutlardaki böceklere eşlik etmesini sağlar. Bununla birlikte, böceklerin kütlesi ve gücü arttıkça, böceklerin bağlıyken kendilerini sökme olasılığı daha yüksektir. Güçlü mıknatıslar artan burulma sürüklemesi pahasına kullanılabilir veya bilyalı rulmanlar, birkaç gram ağırlığındaki uçuş testi böcekleri için sağlam bir çözüm olarak manyetik rulmanların yerini alabilir28,29. Bununla birlikte, bilyalı rulmanlar da bazı sorunlara neden olabilir, esas olarak yüksek hızlarda ve yüksek sıcaklıklarda uzun süreli deneyler çalıştırmak, sürtünmeyi artıran bilyalı rulmanların yağlamasını bozabilir30. Böylece, kullanıcılar hangi uçuş değirmeni mekaniğinin çalışma ve deneysel tasarım böceklerine en uygun olacağını ayırt etmek zorunda kalacaktır.

Benzer şekilde, bu makalenin dikkate alınmayan bir uçuş değirmeni enstrümantetmenin birkaç yolu vardır. Burada sunulan uçuş değirmeni, devrimleri algılamak için IR sensörlerini, devrimleri kaydetmek için WinDAQ yazılımını ve ham verileri işlemek için komut dosyalarını programlamayı kullanır. Kullanımı kolay olmasına rağmen, WinDAQ yazılımı sınırlı sayıda alete sahiptir. Kullanıcılar ilgili kanallarına yorum ekleyemez ve devrenin herhangi bir bileşeni başarısız olursa uyarılamazlar. Bu durumlar, kod aracılığıyla algılanıp düzeltildikten sonra, ancak veri toplama işleminden sonra çözülür. Alternatif olarak, kullanıcılar özelleştirilebilir veri toplama özellikleri sunan birden fazla yazılım benimseyebilir28 veya bisiklet milometreleri29gibi doğrudan hız ve mesafe istatistikleri alan sensörler . Ancak, bu alternatifler çok fazla yazılım uygulamasında değerli ham verileri atlayabilir veya işlevselliği dağıtabilir, bu da veri işlemeyi verimsiz hale getirebilir. Sonuç olarak, bu protokol uçuş değirmeni enstrümantasyonunu yeniden havalandırmak yerine, günümüz yazılım sınırlamalarına sağlam programlama çözümleri sunar.

Bu makalede, araştırmacılara dağılım çalışmalarında yardımcı olmak ve gelişmekte olan teknolojilerin davranışsal ekoloji alanına dahil olmasını teşvik etmek için gelişmiş basit bir uçuş değirmeni için bir tasarım açıklanmıştır. Bu uçuş değirmeni bir inkübatörün kısıtlamalarına uyar, aynı anda sekiz böcek tutar ve veri toplama ve işlemeyi otomatikleştirir. Özellikle, 3D baskılı geliştirmeleri, kullanıcının çeşitli boyutlardaki böcekleri test etmek ve cihazı hızlı depolama veya taşıma için sökmek için freze kolunu ve IR sensör yüksekliklerini ayarlamasını sağlar. Ortak bir makerspace'e kurumsal erişim sayesinde, tüm geliştirmeler ücretsizdi ve basit, modern uçuş değirmenine kıyasla ek maliyet tahakkuk ettirilmedi. Gerekli tüm yazılımlar ücretsizdir, elektronik devre basittir ve tüm komut dosyaları deneysel tasarımın özel ihtiyaçlarını takip edecek şekilde değiştirilebilir. Ayrıca, kodlanmış tanılama, kullanıcının kayıtlarının bütünlüğünü ve hassasiyetini kontrol etmesine izin verir. Son olarak, bu protokol, böcekleri değirmen koluna manyetik olarak boyayarak ve bağlayarak bir böceğin sürdürdüğü stresi en aza indirir. Basit uçuş değirmeninin montajının zaten erişilebilir, uygun fiyatlı ve esnek olmasıyla, basit uçuş değirmenini geliştirmek için makerspace teknolojilerinin kullanılması, araştırmacılara kendi özel uçuş çalışması ihtiyaçlarının üstesinden gelmeleri için alan sağlayabilir ve bu makalenin dikkate alınmazlarının ötesinde yaratıcı uçuş değirmeni tasarımlarına ilham verebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Uçuş Değirmenini Makerspace'te İnşa Edin

  1. Akrilik plastik destek yapısını lazerle kesip monte edin.
    1. Akrilik plastik destek yapısını oluşturmak için 8 (304,8 mm x 609,6 mm x 3,175 mm) kalınlığında şeffaf akrilik levha kullanın. Malzemenin akrilik gibi görünen ancak lazer altında kesilmek yerine eriyecek polikarbonat olmadığından emin olun.
    2. Lazer kesiciyi makerspace'te bulun. Bu protokol, makerspace'in Malzeme Tablosundabelirtildiği gibi bir lazer kesiciye sahip olduğunu varsayar. Diğer lazer kesiciler için, dosya çizgilerini lazerle kesilecek veya kazınacak (rasterleştirilecek değil) ayarlamak için hangi çizgi renginin veya kalınlığının gerekli olduğunu belirlemek için lazer kesici ayarlarını okuyun.
    3. Adobe Illustrator, Inkscape (ücretsiz) veya başka bir vektör grafik düzenleyicisi açın. Akrilik destek tasarımını şekil 1'degösterilen yukarıda belirtilen satırlarla vektör biçiminde okuyan bir dosya hazırlayın. Adobe Illustrator'da Kırmızı, Yeşil ve Mavi (RGB) modunda, RGB Kırmızı 'nın (255, 0, 0) çizgileri kestiği ve RGB Mavisi'nin (0, 0, 255) çizgileri kestiği 0,0001 noktalı çizgi vuruşuyla dosya satırları oluşturun.
    4. Önlem olarak, tüm yarık ve delik ölçümleri için kerf'i test edin ve hesaba katın. Kerf tuşunu tasarlayın ve test ettinin (Ek Şekil 1).
      NOT: Kerf genişliği lazer kesicinin ışın genişliğine, malzemenin genişliğine ve kullanılan malzeme tipine bağlı olarak değişebilir.
    5. Akrilik destek tasarımlarını ve kerf anahtarını .ai, .dxf veya .svg dosyaları gibi okunabilir dosya türleri olarak kaydedin. İşi lazer kesiciye göndermek için, dosyayı lazer kesicinin yerel makinesine yazdırın ve ardından lazer yazılımını açın.
      NOT: Doğru yazdırılırsa, tasarımdaki tüm vektör kesme çizgileri lazer yazılımının kontrol panelinde uygun karşılık gelen renklerle görünecektir.
    6. Malzemeyi Plastik, malzeme türünü akrilikolarak seçin. Ekstra hassasiyet için malzeme kalınlığını bir kaliper ile ölçün ve kalınlığını malzeme kalınlığı alanına girin. Malzemenin odak noktasının Z eksenini otomatik olarak etkinleştirin. Şekil Türünü Yok olarak ayarlayın ve Yoğunluğu %0olarak bırakın. Lazer kesicideki lazer % Güç veya % Hız gibi gelişmiş ölçümleri değiştirmek için kerf tuşuyla test edin.
      NOT: Genel kural, malzeme ne kadar kalın olursa, daha düşük hızda o kadar fazla güç gerekir.
    7. Kesmeden önce, makerspace'in lazer kesiciyi güçlendirme, kullanma ve koruma yönergelerine uyun. Malzemeleri yazıcı boşluğuna yerleştirin ve akrilik destekleri kesin.
      NOT: Olası göz hasarını önlemek için lazere bakmayın veya keserken herhangi bir akrilik tabakayı başıboş bırakmayın.
    8. Fazla malzemeyi yazıcı boşluğundan temizleyin ve destek yapısını birleştirin. Şekil 2A'daetiketlendiği gibi her ufuk rafını dış dikey duvarların ve merkezi dikey duvarın açık yarıklarına yerleştirerek monte edin. Yatay raflar arasındaki deliklerin hizalı olduğundan emin olun.
  2. Plastik destekleri 3D baskı.
    1. Bir web tarayıcısı açın ve çevrimiçi bir 3B modelleme programında bir hesap oluşturun. Ücretsiz hesap seçeneği için Malzeme Tablosu'na bakın.
    2. Yeni bir tasarım oluşturmak > 3D Tasarımlar'a tıklayın. Şekil 3'te görüldüğü gibi bu çalışmanın tam 3D baskılı tasarımlarını çoğaltmak için arşiv 3D_Prints.zip indirin (Ek 3D Baskılar) ve klasörü masaüstüne taşıyın. Klasörün fermini açın ve açın. Çevrimiçi 3B modelleme programı çalışma planı web sayfasında, sağ üst köşedeki İçe Aktar'a tıklayın ve .stl dosya(lar)ıseçin.
      NOT: Birden çok tasarım çoğaltması veya nesne iş planını doldurabilir ve kullanıcı 3D yazıcının yapı alanının sınırları içindeki nesneleri kısıtladığı sürece tek bir .stl dosyası olarak kaydedilebilir. 3D yazıcının yazdırabileceği en büyük nesne 140 mm uzunluk x 140 mm genişlik x 140 mm derinliktir. Ancak, bir yapı alanındaki nesne sayısını en üst düzeye çıkarmak için nesneleri z ekseni boyunca döndürmeyin. Bunun nedeni, indirilen nesnelerin çıkıntıları en aza indirmek için konumlandırılmış olması ve böylece gerekli en az destekle en iyi şekilde yazdırılabilmeleridir.
    3. Tasarımları kendi kendine oluşturmak veya ayarlamalar yapmak için web sitesinin öğreticilerini izleyin, düzenlemeler yapın ve ardından yeni tasarımları .stl dosyaları olarak dışa aktarın. Toplamda, 8 lineer kılavuz ray (100,05 mm uzunluk x 23,50 mm genişlik x 7,00 mm derinlik), 16 lineer kılavuz ray bloğu (22,08 mm uzunluk x 11,47 mm genişlik x 12,47 mm derinlik), 12 ila 20 vida (9,00 mm uzunluk x 7,60 mm genişlik x 13,00 mm derinlik), 15 çapraz braket (50,00 mm uzunluk x 50,00 mm genişlik x 20,00 mm derinlik), 16 mıknatıs tutucu (12,75 mm uzunluk x 12,50 mm genişlik x 15,75 mm derinlik), 16 tüp desteği (29,22 mm uzunluk x 29,19 mm genişlik x 11,00 mm derinlik), 16 kısa lineer kılavuz ray desteği (40,00 mm uzunluk x 11,00 mm genişlik x 13,00 mm derinlik) ve 16 uzun lineer kılavuz ray desteği (40,00 mm uzunluk x 16,00 mm genişlik x 13,00 mm derinlik) 3D baskılı olmalıdır. Her doğrusal kılavuz rayı tasarımının aynasını elde etmek için nesneyi tıklatın, Mtuşuna basın ve nesnenin genişliğine karşılık gelen oku seçin.
      NOT: Bkz. adım 1.3.6. doğrusal kılavuz ray mandalları hakkında daha fazla bilgi için.
    4. .stl dosyalarını okunabilir bir 3D yazıcı .gx dosyasına dönüştürmek için bir 3D yazdırma dilimleme yazılımı indirip yükleyin. Ücretsiz yazılım programını indirmek için Malzeme Tablosu'na bakın.
      NOT: Diğer dönüştürme yazılımı programları kabul edilebilir, ancak bu protokol makerspace'in Malzeme Tablosu'nda belirtildiği gibi 3D yazıcı ve baskı dilimleme yazılımını kullandığını varsayar.
    5. Yazılımı başlatmak için 3D yazdırma dilimleme yazılımının simgesini çift tıklatın. Makine Türü > Yazdır'ı tıklatın ve makerspace'te bulunan 3D yazıcıyı seçin.
    6. .stl model dosyasını yüklemek ve nesneyi yapı alanında görüntülemek için Yükle simgesini tıklatın.
    7. Nesneyi seçin ve Taşı simgesini çift tıklatın. Modelin platformda olduğundan emin olmak için Platformda'yı tıklatın. Nesneyi yapı alanının ortasına yerleştirmek için Ortala'yı tıklatın veya nesneyi yapı alanına konumlandırmak için fare işaretçisiyle birlikte sürükleyin.
    8. Yazdır simgesine tıklayın. Malzeme Tipinin PLAolarak ayarlı olduğundan, desteklerin ve salın etkinleştirildiğinden, Çözünürlük Standartolarak ayarlandığından ve ekstrüderin sıcaklığının 3D yazıcı kılavuzunun önerdiği sıcaklıkla eşleştiğinden emin olun. Sıcaklık, Sıcaklık >> Diğer Seçenekler içinde değiştirilebilir.
    9. Tamam'a basın ve dosya bir USB kablosuyla 3D yazıcıya aktarılamıyorsa, .gx dosyasını 3D_Prints klasörüne veya bir USB çubuğuna kaydedin.
    10. Makerspace'in 3D baskı makinesini bulun. Ekstrüderi kalibre edin ve yazdırma için yeterli filament olduğundan emin olun. .gx dosyasını 3D yazıcıya aktarın ve her türlü plastik destek ve geliştirmeyi yazdırın. Her baskı için filamentin plakaya düzgün yapıştıktan emin olun.
  3. 3D baskıları akrilik destek yapısına monte edin.
    1. Tüm destekleri yerinde görselleştirmek için bkz.
    2. 3.175 mm kalınlığındaki neopren levhaları çapraz braketin iç duvarlarına sıcak yapıştırın. Kuruduğunda, uçuş değirmenini stabilize etmek için akrilik rafların kavşaklarına ve cihazın arkasına duvarlara çapraz braketleri yerleştirin.
    3. Mümkün olan her yerde, demir vidaların manyetik etkisini en aza indirmek için 3D baskılı vidalar kullanın. Tüpteki vida, her hücrenin altına ve üstüne destek destekler. Üst ve alt tüp desteklerinin hizalı olduğundan emin olun.
    4. Üst boru desteğine 30 mm uzunluğunda plastik boru (iç çap (ID) 9.525 mm; dış çap (OD) 12.7 mm) ve 15 mm uzunluğunda plastik boru (ID 9.525 mm) yerleştirin; OD 12.7 mm) her hücrenin alt tüp desteğine. Ardından, 40 mm uzunluğunda bir plastik tüp takın (ID 6.35 mm; Üst boruya 9.525 mm OD ve 20 mm uzunluğunda plastik boruya (ID 6.35 mm); OD 9.525 mm) alt tüpe. Tüpler arasında tüpleri yerinde tutacak kadar güçlü sürtünme olduğundan emin olun, ancak iç tüpün çekildiğinde hala yukarı ve aşağı kayabileceği çok fazla değil. Tüpler çarpıtılmışsa, tüplerin parçalarını kaynar suya 1 dakika batırın. Tüpleri bir havlu üzerinde düzleştirin, oda sıcaklığına ulaşmalarını ve ardından tüpleri yerleştirmelerini sağlar.
    5. İki düşük sürtünmeli neodimyum mıknatısı (10 mm çapında; 4 mm uzunluk; 2,22 kg tutma kuvveti) her mıknatıs desteğine yerleştirin. Her mıknatıs çiftinin birbirini ittmesini sağlayın. Daha sonra, mıknatıslara ve mıknatıs desteğine hareket eden yerçekiminin iç tüpten desteği yerinden çıkaracak kadar güçlü olmaması için her mıknatıs desteğine sıkıca bir iç tüp takın.
    6. Aynı yöne bakan iki lineer kılavuz ray bloğu doğrusal kılavuz rayın içine kaydırın. Doğrusal kılavuz rayları ve blokları dış dikey duvarlardaki pencerelere dik bir şekilde yer edin. Blok açıklıklarının yukarı doğru dönük olduğundan emin olun. Bir lineer kılavuz rayın yerinde sabitlensin diye iki kısa lineer kılavuz ray desteği, iki uzun lineer kılavuz ray desteği, dört adet 10 mm uzunluğunda demir vida (M5; 0,8 diş aralığı; 5 mm çapında), iki adet 20 mm uzunluğunda demir vida (M5; 0,8 diş aralığı; 5 mm çapında) ve iki altıgen somun (M5; 0,8 diş aralığı; 5 mm çap) kullanın. Şekil 2C doğrusal kılavuz rayın tam montajını göstermektedir.
      NOT: Lineer kılavuz rayındaki açık yuvalar, yalnızca lineer kılavuz ray bloğunun tekrar tekrar kaymasıyla aşınırsa kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Öyleyse, 3D 3D_Prints klasöründe bulunan küçük bir T şeklinde mandal yazdırın.
  4. Dönen kolu inşa edin.
    NOT: Alt bölümler 1.4.1 ve 1.4.2, 1.2.2 alt bölümlerine eşdeğerdir. ve 1.2.3. Attisano ve ark. 2015 yöntemleri kağıt13.
    1. Entomolojik bir pim kullanarak merkez noktasındaki 20 μL filtreli pipet ucunun filtresini delin. Ardından, pimin çelik uçları pipet ucunun gövdesinden çıkıntı yapılına kadar pimini pipet ucundan itin. Pipet ucunun filtresinin pimini yerinde sabitlemesini sağlayın. Pim, uçuş freze kolunun ekseni olarak hizmet eder.
    2. Hücre alanını en üst düzeye çıkarmak için, 19 G manyetik olmayan hipodermik çelik boruyu 24 cm uzunluğa (bir uçuş hücresinin genişliğinden 1 cm daha az) kesin. Çıkıntılı pim ve pipet ucunun tacını adım 1.4.1'den sıcak yapıştırın. borunun orta noktasına. Borunun bir ucunu uçtan 2 cm'ye 95° açıyla bükün.
      NOT: Hücre alanını en üst düzeye çıkarmak yerine böcek boyutuna öncelik vermek için, daha küçük böcekler veya zayıf el ilanları için kolun yarıçapını kısaltın. Merkez akrilik duvar daha büyük böcekler veya güçlü el ilanları için kaldırılırsa daha uzun bir uçuş kolu da monte edilebilir. Ayrıca, kolun bükülmüş sonu, böceği doğal uçuş yönüne konumlandırmak için farklı açıları destekleyebilir.
    3. Manyetik süspansiyonunu test etmek için kolu üst mıknatıs kümesi arasında konumlandırın. Dönen kolun dikey olarak asılı pim etrafında serbestçe döndüğünden emin olun.
    4. İki düşük sürtünmeli neodimyum mıknatısı (3,05 mm çapı; 1,58 mm uzunluk; 0,23 kg tutma kuvveti) uç kolunun bükülmüş ucuna yapıştırarak manyetik olarak boyanmış böceği uçuş için bağlayın (mıknatıslı uçuş değirmeni kolunun kütlesi = 1,4 g). Pivot kolun unbent ucunda, bir bayrak oluşturmak için bir parça alüminyum folyo (alan başına kütle = 0,01 g/cm2)sarın. Folyo bayrak bir karşı ağırlık görevi görür ve son derece yansıtıcı özellikleri nedeniyle, IR sensör vericisinden alıcıya gönderilen IR ışınını en iyi şekilde kırar.
      NOT: IR kirişinin çapı en fazla 2,4 mm'dir, bu nedenle folyo bayrağının en uygun minimum genişliği 3 mm'dir. 3 mm'lik bir folyo bayrak genişliği ve sensörün yayıcı lensinin önündeki IR ışığının ışınını kırmak için konumlandırılmış, analizler sırasında algılanabilen voltajda bir düşüş sağlayacaktır.
  5. IR sensör ve veri kaydediciyi kurun.
    1. IR sensör vericisini, kirişin yayıcısı aşağı bakacak şekilde üst doğrusal kılavuz ray bloğunun içine yerleştirin. Ardından, IR sensör alıcısını alt bloğun içine yukarı bakacak şekilde yerleştirin.
      NOT: Sensörler (20 mm uzunluk x 10 mm genişlik x 8 mm derinlik) 250 mm mesafeye kadar ayrılabilir ve hala çalışabilir; bu nedenle, yaklaşık 100 mm doğrusal kılavuz rayın uçlarına konumlandırıldığında bile çalışacaklardır.
    2. Lehimsiz bir ekmek tahtasında, Şekil 4A'dakielektronik devrede gösterildiği gibi, IR sensör vericisini ve alıcısını seri olarak 4 kanallı analog giriş veri kaydedici ile bağlayın. 180 Ω direncini izleyerek önce IR sensör vericisini (alıcı değil) bağlayın. IR alıcı bağlantısının çıkışından önce başka bir 2,2 kΩ direnç yerleştirin. Kayıt sırasında birden fazla sensörden gelen voltaj sinyalindeki gürültüyü en aza indirmek için her kanalın elektronik devresini ekmek tahtası boyunca alternatif sıralar halindeyapılandırın (Şekil 4B).

2. Uçuş Denemeleri Yapmak

  1. Böcekleri uçuş değirmeni koluna manyetik olarak bağlar.
    1. Böceğe yerleştirilen stresi en aza indirmek için, bir kürdan veya ince çizgili hassas aplikatör (20 G ucu) kullanarak böceğin pronotumuna manyetik boya uygulayın. Boyayı en az 10 dakika kurutun. Kuruduktan sonra, böceği uçuş değirmeni kol mıknatıslarına takın. Farklı boyutlardaki manyetik boyama ve bağlama böcekleri örnekleri için Şekil 5'e bakın. Bu protokol, uçuş bağlama ve deneme deneyleri için model böcek olarak Jadera hematoloma 'yı (soapberry böceği) kullanır.
      NOT: Böcek ve kol mıknatısları arasında daha güçlü bir çekim için birden fazla manyetik boya katmanı uygulayın. Ayrıca, uçuş değirmeni kolunun ucuna bağlı mıknatısları, böceklerin görüş alanına, kütlesine ve kanat aralığına en uygun mıknatıs boyutlarıyla değiştirin.
    2. Uçuş değirmeninde bir seferde 8'e kadar böcek uçurun. Tek bir kayıt oturumu sırasında birden fazla böceği sırayla test etmek için en az 16 böcek boyayın.
    3. Manyetik boyayı test ettikten sonra çıkarmak için, boyayı ince önpslerle talaşlayın ve Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve İş Güvenliği ve Sağlık İdaresi (OSHA) yönetmeliklerine göre atın.
  2. WinDAQ'nun Olay İşaretçisi Açıklama aracını kullanarak bir kayıt oturumunu sonlandırmadan birden çok böceği ardışık olarak kaydedin.
    1. Ücretsiz WinDAQ Veri Kayıt ve Kayıttan Yürütme Yazılımını indirip yükleyin.
    2. Masaüstünde Flight_scripts başlıklı yeni bir klasör oluşturun. Flight_scripts klasörü içinde aşağıdaki tam adlara sahip beş yeni klasör oluşturun: veri, files2split, kayıtlar, split_filesve standardized_files. Veri sayfası.xlsx (Ek Dosya 1) indirinve dosyayı Flight_scripts dizinindeki veri klasörüne sürükleyin.
    3. Veri sayfası.xlsx el ile veri kayıt şablonu olarak kullanın. En az dört sütun gereklidir: hatanın kimlik numarası, hatanın test edilmeden önce ölüp ölmediği, kayıt kümesi numarası ve kanal harfi ve kanal numarasından oluşan oda (örneğin, 'A-1', 'B-4'). Olası bir oda konfigürasyonu için Şekil 2A'ya bakın.
    4. WinDAQ Panosu'nuaçın, onay kutusu listesinden veri günlükçülerini seçin ve 'Windaq Yazılımını Başlat' tuşuna basın. Seçilen her veri kaydedici için yeni bir pencere açılacak ve her sensörden gelen giriş sinyali gösterilecektir.
    5. > Örnek Hızını Düzenle 'yitıklatarak örnekleme sıklığı tanımlayın. Örnek Hızı/Kanal kutusuna 100 Örnek/saniye örnekleme frekansı yazın ve Tamam 'abasın.
      NOT: Bu protokol 100 S/s önerir, çünkü bayrağın IR sensör ışınını kesmesinden kaynaklanan voltaj düşüşleri, 1,7 m/s hızlar için 0,36 V voltajda minimum düşüşe ulaşacaktır. Buna karşılık, voltajı 0,10 V olan maksimum düşüşe sahip olan gürültü, gerçek olukları filtrelemeden standardizasyonlar sırasında hala filtrelenebilir. Ayrıca, 100 S/sn'lik bir örnek hızı, kullanıcının kayıt sırasında ve sonrasında ekrandaki dalga formlarındaki olukları görmesini kolaylaştırır. Kayıt sırasında hatalar olursa, kullanıcı olukları hatalardan veya gürültüden hızlı bir şekilde ayırt edebilir. Birkaç düşük örnekleme frekansı arasında karşılaştırmalar için Ek Şekil 2'ye bakın.
    6. Yeni bir kayıt oturumu başlatmak için Dosya > Kayıt 'abasın. İlk açılır pencerede kayıt dosyasının konumunu seçin. Dosya adını dikkatlice yazın. Dosyaların adlarında en az aşağıdakiler olması gerekir: kayıt kümesi numarası ve kanal harfi. Python komut dosyalarında modellenen bir dosya adı örneği şunlardır: T1_set006-2-24-2020-B.txt. Daha fazla ayrıntı almak için Flight_scripts klasöründen 78-87 split_files.py satırlarına bakın. Ardından Tamam 'abasın.
    7. Bir sonraki açılır pencerede, uçuş kaydının beklenen uzunluğunu girin. Böcekler uçuşa başlayacak konumdayken Tamam'a basın. Kayıt süresi geçtikten sonra, dosyayı sonlandırmak için Ctrl-S tuşlarına basın. Kaydı erken sonlandırmaya gerek olmadığı sürece Ctrl-S tuşlarına basmayın.
      NOT: Dosya Ctrl+S yazarak çok erken sona ererse veya yukarıda belirtilen süre çok kısaysa, Dosya > Kayıt'ı tıklatarak varolan bir dosyaya yeni bir kayıt ekle. Eklenecek dosyayı seçin ve aşağıdaki açılır pencerede Evet'i tıklatın.
    8. Kayıt sırasında test edilmiş böcekleri çıkarırken, seçilen odasına gelen böceğin yorumlanmış bir olay işaretleyicisini ekleyin. Böcekleri değiştirmeden önce, gelen böceğin kimlik, oda ve kayıt kümesini her zaman veri sayfasına.xlsx manuel olarak kaydedin.
    9. Olay işaretçisi açıklaması yapmak için kanal numarasına tıklayın. Ardından, Düzenle > Açıklama İşareti Ekle 'yitıklatın. Yorumu odaya giren yeni böceğin kimlik numarasıyla tanımlayın. Tamam'a basın ve böceği odaya yükleyin.
  3. Olay işaretleyici yorumlarını görselleştirin ve dosyayı WDH'den TXT'ye dönüştürün.
    1. Bir WDH dosyası açın. > Sıkıştırmayı Düzenle 'ye giderek olay işaretleyici yorumlarını görselleştirin ... ve sonra dalga biçimini tek bir pencerede tam olarak sıkıştırmak için Maksimum düğmesini tıklatın (Şekil 6A).
    2. Kayıtta herhangi bir anormallik olup olmadığını kontrol edin.
      NOT: Kayıttaki anormallik veya hata türleri Şekil 6'da görüntülenir. Bunlar daha sonra teşhis edilir ve Python komut dosyalarında düzeltilir.
    3. Dosya > Farklı Kaydet 'e giderek dosyayı .txt biçiminde kaydedin. Dosyayı kaydetmek için konum olarak Flight_scripts dizinindeki kayıtlar klasörünü seçin. Açılır pencerede dosya türünü Elektronik Tablo yazdırma (CSV) olarak seçin ve dosya adını sonuna .txt yazarak yazın. Kaydet 'itıklatın. Aşağıdaki açılır pencerede Örnek Hız, Göreli Saatve Tarih ve Saat'i seçin. Kanal Numarası ve Olay İşaretçileriarasına 1 yazın. Diğer tüm seçeneklerin seçimini kaldırın ve dosyayı kaydetmek için Tamam'ı tıklatın.

3. Uçuş Verilerini Analiz Edin

  1. Dosyaları olay işaretçisi açıklamalarına göre bölün.
    1. Python'un en son sürümünü yükleyin. Bu protokoldeki tüm komut dosyaları Python sürüm 3.8.0'da geliştirilmiştir.
    2. Aşağıdaki Python komut dosyalarını indirin: split_files.py, standardize_troughs.pyve flight_analysis.py ( TamamlayıcıKodlama Dosyaları). Komut dosyalarını Flight_scripts klasörüne taşıyın.
    3. Python'un güncel olduğundan emin olun ve aşağıdaki kitaplıkları yükleyin: csv, os, sys, re, datetime, time, numpy, math ve matplotlib. Komut dosyalarının ana işlevlerini ve veri yapılarını gözlemlemek için, Ek Şekil 3'teki şemaya bakın.
    4. Veri sayfası.xlsx dosyasını açın ve Windows veya Macintosh Virgülü Çalıştırıyorsa Dosya biçimini CSV UTF-8 (Virgülle ayrılmış) olarak değiştirerek CSV olarak kaydedin.
    5. split_files.py simgesini seçtiğiniz metin düzenleyicisiyle açın. Tercih yoksa, komut dosyası simgesini sağ tıklatın ve BOŞTA AÇ 'ıseçin.
    6. Kullanıcı önerilen şablondan farklı bir dosya adı yazdıysa ('T1_set006-2-24-2020-B.txt') 133-135 ve 232-233 satırlarını yeniden kodlayın. Split() işlevini kullanarak komut dosyasını farklı dosya adlarını barındıracak şekilde yeniden kodlamak için, bkz.
    7. Satır 266'da, Flight_scripts klasörünün yolunu yazın ve komut dosyasını çalıştırın. Başarılı bir çalıştırmadan sonra, komut dosyası, Flight_scripts dizini içindeki split_files klasöründe ayarlanan her kayıtta test edilen her böcek için dosya2split klasöründe ve .txt dosyalarında eşlenen böcek kimliklerinin ara .txt dosyalarını oluşturur.
      NOT: Ayrıca, Python Kabuğu'nda kullanıcılar, numaralı bir olay işaretçisinde hangi böceklerin değiştirildiğini ve hangi dosyaların böcek kimliğiyle bölünüp yeni dosyalara dönüştürüldüğünü dosya adının yazdırma deyimlerini görmelidir.
  2. Kaydedilen sinyaldeki olukları standartlaştırın ve seçin.
    1. standardize_troughs.py simgesini seçtiğiniz metin düzenleyicisiyle açın. Tercih yoksa, komut dosyası simgesini sağ tıklatın ve BOŞTA AÇ 'ıseçin.
    2. 158. satıra örnekleme frekansını yazın.
    3. Satır 159'da, Flight_scripts klasörünün yolunu yazın ve komut dosyasını çalıştırın. Komut dosyası başarıyla çalışırsa, Flight_scripts dizinindeki standardized_files klasöründe dosyalar oluşturur.
      NOT: Tüm dosyalar 'standardized_' ile başlamalı ve özgün dosya adıyla bitmelidir.
    4. Kayıtların kalitesini kontrol edin: Flight_scripts klasöründe bulunan standardize_troughs.py tarafından oluşturulan trough_diagnostic.png açın. Tüm kayıtların ortalama standardizasyon aralığının minimum ve maksimum voltaj değerindeki değişikliklere karşı sağlam olduğundan emin olun.
      NOT: Minimum ve maksimum sapma değerleri artırıldığında tanımlanan oluk sayısında büyük düşüşler gösterirlerse, kayıtlarda çok fazla gürültü olabilir veya aşırı hassas oluklar olabilir. Min-max normalleştirme faktörü için ek tanılama da kodlanabilir, gerçekleştirilebilir ve çizilebilir. Kayıt kalitesini denetlemek için alternatif bir yöntem 2.3.1 adımlarında açıklanmıştır. ve 2.3.2. Attisano ve ark. 2015 yöntemleri makalesi13.
    5. Tanılamayı değerlendirin, hat 198'i kullanın ve tüm dosyalar için standardizasyonu gerçekleştirmek için kullanılan ortalama voltajın etrafındaki minimum ve maksimum değerleri tanımlayan minimum ve maksimum sapma değerlerini belirtin. Varsayılan değer her sapma değeri için 0,1 V'tir.
      NOT: 53. satırda, kullanıcı eşik değerinin çok altında bir voltaj tanımlamak için min-max normalleştirme faktörü eşiğini de belirtebilir.
    6. Sapma değerlerini girdikten sonra satır 189'a açıklama yapın ve komut dosyasını çalıştırın. Komut dosyası, tüm dosyalar için standartlaştırmaları verimli bir şekilde çalıştıracaktır (yaklaşık 25 kat daha hızlı).
  3. Standartlaştırılmış dosyayı kullanarak uçuş pistini analiz edin.
    1. flight_analysis.py simgesini seçtiğiniz metin düzenleyicisiyle açın. Tercih yoksa, komut dosyası simgesini sağ tıklatın ve BOŞTA AÇ 'ıseçin.
    2. 76-78 satırlarında, bir böcek uçmayı durdurduktan sonra değirmenin kolunun ek dönüşlerini bastıran isteğe bağlı hız düzeltmesini düzenleyin. Yavaş uçan böceklerle çalışırken bu eşik değerini dikkatli belirleyin.
    3. 121. satırda, son derece yüksek hızlar veya negatif hızlar gibi yanlış hız okumalarını düzeltmek için hız eşiklerini düzenleyin. Satır 130'da, ardışık iki kesintisiz uçuş zıplamaları arasında oluşan uzun boşlukları filtrelemek için zaman boşluğu değerini düzenleyin.
    4. Satır 350'de, *.txt standartlaştırılmış dosyaların kaydedildiği klasörün yolunu yazın.
    5. 353. satırda, böcek tarafından devir başına uçurulan dairesel uçuş yolunu tanımlayan denemeler sırasında kullanılan kol yarıçapı uzunluğunu girin.
    6. Uzaklık ve zaman SI birimlerini sırasıyla 357 ve 358 satırlarındaki dizeler olarak tanımlayın.
    7. 388-397 satırlarında, en azından böceğin kimlik numarasını ve böceğin dosya adından uçtuğu ayarlanan sayıyı ve odayı ayıklamak için split() işlevini kullanın. Komut dosyası, 'standardized_T1_set006-2-24-2020-B.txt' kapsamlı dosya adı örneğini izler. Gerekirse, bu dosya adını adım 2.2.6.'da önerildiği gibi basitleştirin ve kullanılmamışsa, 392 ve 401 satırlarındaki deneme türü gibi değişkenleri yorumlayın veya silin.
    8. Tüm kullanıcı ayarlarını belirtin, komut dosyasını kaydedin ve çalıştırın. Komut dosyası çalıştırması başarılı olursa, böceğin karşılık gelen kimlik numarasını, odanı ve hesaplanan uçuş istatistiklerini Python Kabuğu'na yazdırır. Ayrıca, Python Kabuğu'nda yazdırılan bilgilerden oluşan bir flight_stats_summary.csv dosyası oluşturur ve .csv dosyasını Flight_scripts dizininin veri klasörüne kaydeder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Uçuş verileri, Florida'dan toplanan J. hematoloma'yı model böcekler olarak kullanarak Kış 2020 sırasında deneysel olarak elde edildi (Bernat, A. V. ve Cenzer, M. L. , 2020, yayınlanmamış veriler). Chicago Üniversitesi Ekoloji ve Evrim Bölümü'nde temsili uçuş denemeleri, Şekil 6, Şekil 7 , Şekil 8ve Şekil 9'dagösterildiği gibi gerçekleştirildi. Uçuş değirmeni, 28 °C/27 °C (gündüz/gece), %70 bağıl nem ve 14 saat ışık/10 saat karanlık döngüye ayarlanmış bir inkübatör içinde kuruldu. Her deneme için, birden fazla hatanın uçuş izi WinDAQ yazılımı tarafından saniyenin yüzde birinde 24 saate kadar kaydedildi. Ön denemeden sonra, uçuş davranışı patlayan uçuş ve sürekli uçuş olarak kategorize edildi. Burster'lar bir seferde 10 dakikadan daha az bir süre boyunca düzensiz uçtu ve sürekli el ilanları 10 dakika veya daha uzun süre kesintisiz uçtu. 30 dakikalık test aşamasında sürekli uçuş davranışı sergilemeyen herhangi bir kişi uçuş değirmeni çekildi ve bir olay işaretleyici yorumunda yeni bir hata ve beraberindeki kimlikle değiştirildi. Sürekli uçuş sergileyen tüm hatalar, uçmayı bırakana kadar uçuş değirmeninde 30 dakikanın ötesinde kaldı. Hatalar her gün 08:00-16:00 saatleri arasında değiştirildi. Şekil 9'datemsil edildiği gibi, bir günlük kayıttaki bireylerin uçuş denemeleri 30 dakika ila 11 + saat arasında değişmektedir. Yeni kişilerin eklenmesiyle olay işaretleyicileri ekleyerek, bu karmaşık veri yapısı Python komut dosyaları aracılığıyla başarıyla işlenir ve kod, kullanıcıların denemelerinin kapsamını etkili bir şekilde görselleştirmelerine yardımcı olur. Önerilen deneysel kurulum, böceklerin tam uçuş kapasitesini yakalar; ancak, muhtemelen uçuş periyodikliğini gözlemlemeyi atlar. Kullanıcılar daha sonra uçuş denemelerini farklı uçuş ölçümleri için uyarlama ve en çok test etmek istedikleri uçuş davranışını veya stratejilerini seçme seçeneğine sahiptir.

Ekrandaki dalga biçimi ve tanılama ısı eşlemleri, uçuş pisti verilerindeki boşlukları tanımlamayı veya tutarsızlıkları çözmeyi de mümkün kılabilir. Şekil 6A, uçuş verileri gürültü veya kesinti olmadan tüm kanallar için başarıyla kaydedilen bir dizi denemeyi göstermektedir. Ayrıca kayıt sırasında yapılan tüm olay işaretleyici yorumlarını da gösterir. Şekil 6B, kaydedilen sinyalin kanal 3'te kaybolduğu ve voltajı hemen 0 V'a düşürdüğü bir anı gösterir. Bunun nedeni muhtemelen açık tellerin geçmesi veya tellerin gevşemesiydi. Kayıt sırasında oluşabilecek ancak Python komut dosyalarında düzeltilen belirli olaylar da vardır. Buna çift oluklar, ayna olukları ve voltaj gürültüsü(Şekil 6C,D)dahildir. Bu olaylar yanlış oluk okumalarına yol açar, ancak analizler sırasında güvenilir bir şekilde tanımlanabilir ve çıkarılabilir. Şekil 7, kayıt verilerindeki gürültü veya hassas olukların standardizasyon işlemi sırasında nasıl teşhis edildiğini göstermek için üç veri dosyasını karşılaştırır. İlki (Şekil 7A), uçuş değirmeni kolunun her devrimi tarafından oluşturulan olukları sağlam olan bir dosyadır, yani dosyanın ortalama voltajından büyük ölçüde sapmışlardır. Buna karşılık, ortalamanın etrafındaki standardizasyon aralığı arttıkça, tanımlanan oluk sayısında bir değişiklik olmadı. Bu, voltaj gürültüsü olmadığını ve kullanıcının daha sonra standardizasyonun doğruluğundan emin olabileceğini öne sürdü. Öte yandan, üçüncü dosyada (Şekil 7C) çok hassas olan veya dosyanın ortalama voltajından büyük ölçüde sapmayan yabancı voltaj gürültüsüne sahip oluklar vardı. Sonuç olarak, ortalama etrafındaki standardizasyon aralığı arttıkça oluk sayısı önemli ölçüde azaldı. Daha sonra böceğin gerçekten uçup uçmadığını doğrulamak için orijinal WDH kayıt dosyasına geri bakmanız tavsiye edilir.

Bireyin uçuş hızı ve süre istatistikleri çizilerek, uçuş davranışı dört uçuş kategorisine daha fazla karakterize edilebilir: patlamalar (B), sürekli patlamalar (M.Ö), sürekli patlamalar (CB) ve şekil 8'detemsil edildiği gibi sürekli (C). Sürekli uçuş kesinlikle sergileyen bir birey, en azından 30 dakikalık test aşamasının sonunda 10 dakika veya daha uzun bir süre kesintisiz uçtu (Şekil 8A). 30 dakikalık test aşaması boyunca düzensiz bir şekilde uçan bir birey patlayan uçuş sergiledi (Şekil 8B). Başlangıçta 10 dakikadan fazla sürekli uçuş sergileyen ve daha sonra 30 dakikalık test aşamasında sporadik patlamalara konik olan bir birey, patlayan uçuşa sürekli olarak sergilendi (Şekil 8C). Son olarak, başlangıçta patlayan uçuş gösteren ve daha sonra 30 dakikalık test aşamasının geri kalanı için sürekli uçuşa geçiş yapan bir birey ve ötesi sürekli uçuşa patlama sergiledi (Şekil 8D). Böylece, model böcek ve deneysel çerçeveye özgü olarak, kullanıcı bireysel pistlerdeki benzersiz varyasyonlara rağmen genel uçuş davranış modellerini değerlendirmek ve tanımlamak için bu grafik çıktısını kullanabilir.

Figure 1
Şekil 1: Akrilik plastik sac yapısı için lazerle kesilecek tasarımlar. Uçuş değirmeninin plastik destek yapısını oluşturmak için sekiz akrilik plastik levha lazerle kesildi. Dosya satırları Adobe Illustrator'da RGB modunda oluşturuldu, burada RGB Kırmızı (255, 0, 0) çizgileri ve RGB Mavisi (0, 0, 255) kazınmış çizgiler. Bu şekilde daha fazla okunabilirlik için dosya satırı vuruşları 0,0001 noktadan 1 noktaya yükseltildi. Koordinat birimleri mm'dir ve her tasarımın sol üst köşesindeki nokta, daha aşağı ve kaynağın sağında hareket etmenin pozitif yükselen değerlere yol açtığı kaynaktır. Üç farklı levha tasarımı vardır: dış dikey duvarlar, merkezi dikey duvar ve yatay raflar. İki dış dikey duvar yarıklarındaki yatay raflara kayar ve dikdörtgen delikleri 3-B baskılı doğrusal kılavuz rayını, blokları ve destekleri monte etmek için kullanılır. Uçuş frezesini sekiz hücreye ayıran ve ek yapısal destek sağlayan yarıklı bir merkezi dikey duvar vardır. Ayrıca yarıklı beş ufuk rafı, manyetik tüp desteklerinin yerini işaretlemek için kazınmış daireler ve tüp desteklerinin vidalanmasını sağlamak için küçük dikdörtgen delikler vardır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Monte edilmiş uçuş değirmeni. A) Uçuş değirmenimontajı. Her ufuk rafı (HS), dış dikey duvarların (OW) ve orta dikey duvarın (CW) açık yarıklarına yerleştirilmiştir. Ayrıca, her hücre veya 'odacı', bir veri kaydediciye karşılık gelen bir kanal harfi (A veya B) ve belirli veri kaydedicideki kanala karşılık gelen bir kanal numarası (1-4) iletanımlanır. B) Uçuş değirmeni kolu ile uçuş değirmeni hücre montajı. Manyetik rulmanlar, kolun yüksekliğini ayarlamak için dış boruların içindeki iç borular kaydırılarak yükseltilebilir veya alçaltılabilir. IR sensörleri, sensörleri koldaki bayrağın yüksekliğiyle hizalamak için de yükseltilebilir veya alçaltılabilir. IR sensörleri, değiştirilmesi veya incelenmesi veya uçuş değirmeninin taşınması gerekiyorsa doğrusal kılavuz ray bloklarından kolayca çıkarılabilir. Çapraz braketler her akrilik hücre için yapısal destek sağlar ve kolayca takılabilir ve çıkarılabilir. C) Hücre penceresinde doğrusal kılavuz ray ve blok montajı. Hücre penceresindeki tüm 3D bileşenler ve ilgili vidalar daha net montaj için etiketlenmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: 3D baskılı tasarımlar. Ölçümler mm. A) Lineer kılavuz raydır. B) Bir IR sensör tutmak için şekillendirilir doğrusal kılavuz ray bloğu. C) Demir vidaları değiştirmek için destek olarak kullanılan vida. D) Tüp desteği. E) Mıknatıs desteği. F) Akrilik çerçeve hizalayıcı ve sabitleyici olarak kullanılan çapraz braket. G) Lineer kılavuz raylarını yerinde tutmak için uzun destek ve H) kısa destek. Sadece akrilik duvarın dış yüzünde kalan lineer kılavuz ray destekleri gösterilmiştir. Lineer kılavuz ray destek aynaları gösterilmez. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Uçuş değirmeni elektrik devresi. A) IR sensörlerini veri kayıt cihazına bağlayan bir elektrik devresinin basit şeması. Değirmen kolundaki bayrak, IR sensör vericisinin yaydığı kirişi kestiğinde, akım IR sensör alıcısına akmaya son veriyor ve voltaj sıfıra düşüyor. Veri kaydedici tüm düşüşleri voltaj olarak kaydeder. B) Elektrik devreleri vurgulanır. Her sarı kutu, ekmek tahtasına bağlı bir devrenin bileşenlerini sınırlar. Birden fazla elektrik devresi, alternatif sıralarda tek bir ekmek tahtasına bağlanabilir. Lehimsiz ekmek tahtasının boyutu, kaç uçuş hücresinin barındırıabileceğini sınırlar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: Farklı boyutlardaki böcekler manyetik olarak boyanmış ve bağlı. A) Drosophila melanogaster (yaygın meyve sinekleri) manyetik olarak boyanmış ve bağlı. Meyve sinekleri, manyetik boyayı torakslarına uygulamadan önce mikroskop altında buz veya CO 2 ile uyuşturulması gereken küçük böceklerdir (vücut uzunluğu 5 mm; kütle =0,2 mg). B) Böcek boyutu ve mıknatıs boyutu arasında uyumsuzluk. Uçuş değirmeni kolundaki mıknatıs, böceğin boyutunu en iyi şekilde karşılamalıdır. Burada böceğin görüş alanı tıkanmıştır çünkü mıknatıs çok büyüktür. Daha küçük bir konik mıknatıs veya manyetik şerit bu uyumsuzluğu çözer. C-F) Oncopeltus fasciatus (milkweed böcekleri) ve Jadera hematoloma (soapberry böcekleri) manyetik olarak boyanmış ve bağlı. Daha büyük böcekler (vücut uzunluğu > 5 mm; kütle > 0,1 g) torakslarına bir kat boya uygulamadan önce bacaklarından kıstırılabilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: WDH uçuş kayıtlarına örnekler. Gerilim olukları, uçuş değirmeninin kolunun tam devirlerini temsil eder. Kırmızı noktalı çizgiler ekranı böler ve her panelin bölüm başına saniyeleri (sn/div) mavi renkle vurgulanır. Siyah dikey çizgiler imleç saatini işaretler. A) Olay işaretleyicileri. Sn/div 0,2 sn/div'den maks. Tüm kanallarda alınan tüm olay işaretçileri yalnızca ilk kanalda, maksimum voltajdan kanal alanı penceresinin altına kadar çalışan hatlar olarak görünür. Bu kayıt kümesi için tüm olay oluşturucular sarı oval içindedir. B) Sinyal kaybı. Başka bir kayıt kümesinde, kanal 3'te 17:09'dan 17:15'e kadar kaybolan kaydedilmiş bir sinyali görselleştirmeye yardımcı olmak için sn/div 0,2 sn/div'den 15 sn/div'e değiştirildi. Kanal 4 gibi diğer tüm kanallar düzgün çalışmaya devam etti. C) Çift oluklar ve ayna olukları. Çift oluklar, voltajın düşmesi, yükselmesi ve daha sonra bir ışın kırma olayında iki birleştirilmiş oluk gibi görünen şeyi oluşturmak için hızla düşmesi ve tekrar yükselmesidir. Çift oluklar da birbirini yansıtır, bu da bayrağın sensör arasında ileri geri hareket ettiğini gösterir, bu da genellikle bir böcek uçmayı bıraktığında olur. Python komut dosyaları her durum için doğru. D) Voltaj gürültüsü. Saat 13:14'den kısa bir süre sonra, voltajda küçük tümsekler görülebilir, bu da kayıtta voltaj gürültüsü olduğunu gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: Jadera hematoloma 'dan (soapberry hatası) temsili oluk tanı verileri. Olası gürültü veya aşırı hassas oluklar uçuş kayıtlarında kolayca tanınır. A) Örnek birey 318'den en uygun, sağlam bir kayıt. Minimum ve maksimum sapma değerleri arttıkça oluk sayısında bir değişiklik olmadı ve bu nedenle oluklar büyük bir standardizasyon aralığına rağmen tanımlanabilecek kadar sağlamdı. B) Örnek bireysel 371'den en uygun, ancak yine de sağlam bir kayıt. Minimum ve maksimum sapma değerleri arttıkça oluk sayısında bir düşüş vardır; ancak, düşüş minimumdu (11 oluk). Gürültü ve bazı hassas oluklar olabilir ama önemli bir şey yok. C) Örnek birey 176'dan gürültülü bir kayıt. Minimum ve maksimum sapma değerleri olarak tanımlanan oluk sayısında 12 oluktaki plato sayısına kadar artan açık ve hızlı bir düşüş vardır. Bu, 12 oluk sağlam oluklar olarak kalırken çok fazla potansiyel gürültü veya aşırı hassas oluk sinyali gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 8
Şekil 8: Jadera hematoloma 'dan (soapberry hatası) temsili uçuş verileri. Uçuş kayıtlarında dört uçuş davranışı kategorisi tanımlanabilir. A) Sürekli uçuş. Bu kişi sürekli olarak 1.67 saat uçtu, yüksek hızlardan başladı ve daha sonra zaman içinde daha düşük hızlara sivriltdi. B) Patlayan uçuş. Bu kişi sadece denemelerinin ilk 30 dakikası içinde patlamalarla uçtu. Burster'lar yüksek hıza ulaşabilir, ancak bu kişi sadece düşük hızları koruyabilir. C) Sürekli patlayan uçuş. Bu kişi 25 dakika boyunca sürekli uçuşa devam etti ve daha sonra denemelerinin kalan 5 dakikası için patlamalara daldı. D) Sürekli uçuşa patlama. Bu birey bir burster olarak başladı, yüksek sporadik hızlara ulaştı ve daha sonra yaklaşık 4 saat boyunca sürekli uçuşa geçti.

Figure 9
Şekil 9: Tek bir kayıt kümesi içinde birden fazla uçuş denemesinin temsili kanal görselleştirmesi. Her renk, deneme sırasında verilen kanal harfinde ve kanal numarasında ayrı bir soapberry hatasını temsil eder. Tüm başlangıç saatleri, durma süreleri ve dosya adları her bireyin benzersiz uçuş pistinden .txt dosyasından ayıklandı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 1: Kerf tuşu. Kerf, o malzemeyi kesme işleminde çıkarılan veya kaybedilen malzemenin kalınlığıdır. Bir lazer kesici için, kerf'in genişliğini iki önemli faktör belirleyecektir: kiriş genişliği ve malzeme tipi. Tam kerf'i test etmek ve hesaplamak için lazer tuşu kesin ve 20 mm genişliğindeki anahtarı en güvenli şekilde sığdırdığı yuvaya takın. Ardından, yuva genişliği değerini anahtar genişliği değerinden çıkarın. Örneğin, 19,5 mm yuvaya sığan 20 mm genişliğindeki bir anahtar 0,5 mm kerf kalınlığına sahip olacaktır.

Ek Şekil 2: Düşük örnekleme frekanslarının karşılaştırılması. A) Numune alma frekansı ile voltaj düşüşü ve hız arasındaki ilişki. Her çizgi rengi ve nokta şekli bir örnekleme frekansı (100 Hz, 75 Hz, 50 Hz ve 25 Hz) temsil eder. Gerilim düşüşü oluğun büyüklüğü ile eşanlamlıdır. Çizgiler, hız arttıkça oluk boyutundaki düşüşü ve daha yüksek hızlarda oluk boyutundaki aşağıdaki artışı tanımlayan ikinci sıra gerilemelerine uyar. Gölgeli çubuk 0 V'tan 0,1 V'a kadar çalışır ve bu da gürültünün meydana geldiği voltaj aralığını işaretler. Veriler, WinDAQ kayıt yazılımı kullanılarak B-4 hücresinde ve folyo bayrak boyutları 30 mm uzunluk ve 30 mm genişlik ile toplanarak toplanılarak toplanılarak elde edilmiştir. Uçuş değirmeni kolu elle hızla döndürüldü ve hareket etmeyi bırakana kadar dönmeye bırakıldı. Örnekleme frekansları 25 Hz veya daha düşük standartlaştırma ve tanı testleri sırasında olukların gürültü olarak yanlış tanımlama tehlikesi altındadır. 100 Hz veya daha yüksek örnekleme frekansları, özellikle 1 m / s'den daha düşük hızlar için büyük olukları kaydetmedesağlamdır. B) Dalga formu ile görülen farklı örnekleme frekanslarının oluk boyutları. Örnekleme frekansları azaldıkça dalga formu üzerindeki temsilleri de küçülür. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek Şekil 3: Her Python komut dosyasının işlevlerinin ve veri yapılarının akış çizelgesi. Önerilen uçuş frezesi için her Python komut dosyasının girişlerine, işlevsel süreçlerine ve çıktılarına genel bir bakış özetlenmiş ve örnekler aracılığıyla açıklanmıştır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek 3D Baskı. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek Kodlama Dosyaları. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Basit, modern uçuş değirmeni, birden fazla böceği verimli ve uygun maliyetli bir şekilde test eden güvenilir ve otomatik bir tasarım sunarak bağlı böcek uçuşunu incelemek isteyen araştırmacılar için bir dizi avantaj sağlar13,31,35. Aynı şekilde, araştırmacıların ekolojik sistemleri incelemek için deneysel araçlar oluşturmak için endüstri ve diğer bilimsel alanlardan hızlı gelişen teknoloji ve teknikleri benimsemeleri için güçlü bir teşvikvardır 9,32,33. Bu protokol, basit, modern uçuş değirmenini geliştirmek için, ortak makerspace'lerde giderek daha fazla kullanılabilir hale gelen iki hızlı gelişen teknolojiden, 3D yazıcıdan ve lazer kesiciden yararlanır. Bu geliştirmeler, farklı boyutlardaki böcekleri barındıran, böceğe yerleştirilen stresi en aza indiren ve uçuş frezesinin birden fazla yere veya ortama kolayca taşınmasını sağlayan daha esnek, ayarlanabilir ve katlanabilir bir tasarım sağlar. Ayrıca, teknolojileri kullanmanın ek giderleri minimum veya hatta ücretsizdir. Bununla birlikte, vektör grafik editörlerini ve 3D görüntü yazılımını kullanmada yeterliliğe ulaşmak kolayca mevcut değilse, bu teknolojiler deneme yapmak için de zor olabilir. Buna karşılık, burada sunulan uçuş değirmeni, hem araştırmacıları iş akışlarında mevcut gelişmekte olan teknolojileri dahil etmeye teşvik etmeye hem de araştırmacıların elektronik, programlama veya CAD modelleri hakkında özel bilgi sahibi olmadan özelleştirilebilir, esnek ve etkili bir uçuş değirmeni inşa etmelerine izin vermeye hizmet eder.

Bu protokolün en güçlü yönleri, makerspace'in kullanıcının uçuş değirmeni tasarım seçeneklerini genişleten teknolojileri, böcek stresini en aza indirmek için manyetik boya kullanımı ve tek bir kayıt içinde birden fazla böceği işleyen uçuş kayıtlarının otomasyonudur. Lazer kesici, hemen hemen her karmaşıklıkteki işleri halledebilen hassas ve kesin kesme yetenekleri sunar. Kullanıcı, ek 3D baskılar veya satın alınan öğeler monte etmek için akrilik destek yapısını değiştirebilir. 3D yazıcı, kullanıcının dar ayarlanabilir boyutlara sahip maliyetli, önceden yapılmış ürünleri atlayabilen özelleştirilebilir uçuş frezesi bileşenleri oluşturmasını sağlar. Bu kağıtta önerilmeyen 3D baskılar, iniş platformları, manyetik rulmanlar ve bilyalı rulmanlar arasında hızlı bir şekilde değiş tokuş yapabilen destekler veya hatta bir böceği bağlayan yeni bir bağlantı gibi de inşa edilebilir. Son olarak, tek bir kayıt içinde birden fazla uçuş denemesini ayırt etmek için otomatik kayıt yazılımı ve Python komut dosyalarının kullanılması, çok uzun uçuş sıçramalarına kadar sporadik uçuş sıçramalarını incelemeyi mümkün kılar. Bununla birlikte, uçuş aktivitesinin ve süresinin türler arasında ne kadar değişken olduğu göz önüne alındığında, kullanıcının veri toplamayı optimize etmek için bir türün uçuş davranışının sınırlarını ve genel kalıplarını anlamak için ön denemeler yapması önerilir. Kullanıcı ayrıca tanılama ısı eşlemlerini kullanarak kayıtlarının bütünlüğünü değerlendirebilir ve komut dosyalarında gerekli hız düzeltmelerini hesaba katabilir.

Araştırmacılar ayrıca uçuş değirmeninin genel kısıtlamalarının da farkında olmalıdır. Önceki çalışmalar bilinen ve bağlı uçuş sınırlamalarını düzeltmeye çalıştı, böceğin18 , 31, bir böcek34kalkış yaptığında harcanan enerjinin yokluğu, uçuşdeğirmenikolunu itirken böceğin üstesinden gelmesi ve böceğin dairesel uçuş pistinin santrifüj ivmesi nedeniyle yaşanan dışa doğru aerodinamik kuvvetleri telafi etmesi gereken böcek eksikliği de dahil olmak üzere 6,35. Ek olarak, özellikle büyük göçmen böceklerin uçuş davranışlarını ve mekanizmalarını çoğunlukla uçan uçuş24, 36,37gösteren küçük böceklerinkiyle karşılaştırırken, kısa veya 'önemsiz' patlama böceklerin ekranının nasıl kategorize edileceğini veya daha kesin olarak ölçülmesinin tutarsızlıkları devam ediyor. . Bu sınırlamalara rağmen, böcek türleri içinde uçuş davranışını yakalama ve kategorize etme konusunda önemli ilerlemeler olmuştur ve araştırmacılar uçuş değirmenini diğer teknoloji ve yöntemlerle birleştirmeye devametmiştir 6,7,8.

Yaratıcılığın, işbirliğinin ve düşük engellerin bir yeri olarak makerspace, araştırmacılara 3D baskı tasarımı sınırlamalarını gidermeleri veya daha karmaşık tasarımları lazerle kesmeleri için daha fazla ilham verecektir. Çalışmalar, makerspaces'in etkinliğini sadece yinelemeli ürün yapma alanları olarak değil, aynı zamanda hızlandırılmış öğrenme yerleri olarak da incelemiştir10,11,12. Mühendislik öğrencileri, tasarımları makerspace teknolojisi kullanılarak yapıldığında tasarım anlama, tasarım dokümantasyonu ve model kalitesinde genel olarak daha yüksek puan11. Ek olarak, model geliştirme süreleri% 50 düştü, bu da makerspace keşfinin geleneksel rote teorisini ve uygulama derslerini geride bıraktığını gösteriyor11. Buna karşılık, az tasarım bilgisine sahip araştırmacılar bunu derinleştirebilecek ve aynı zamanda eğitimci olan araştırmacılar, öğrenciler için tasarım organizasyonuni, işçiliği ve teknik el becerisini artırmak için bir araç olarak bu alandan yararlanabilirler. Ekoloji gibi, saha ve laboratuvar çalışmaları için çeşitli araçlardan zaten yararlanan bir disiplinde, araştırmacılar yeni veya gelişmiş araçlar geliştirebilir, paylaşabilir ve standartlaştırabilirler. Bu makalede önerilen uçuş değirmeni, demokratikleşme ve hızla yayılan yeni veri toplama araçlarının bir yaklaşımı olabilecek şeyin sadece başlangıcıdır.

Uçuş değirmenleri, araştırmacıların böceklerin dağılımını anlamalarını sağlamada önemli bir rol oynamıştır - ekolojik bir fenomen hala sahada zorlanmaktadır. Araştırmacılar gelişmekte olan teknolojilerde ve bu teknolojilere eşlik eden yazılımlarda daha yetkin hale geldikçe uçuş değirmeninin tasarımında ve uygulamasında gelecekteki ilerlemeler elde edilebilir. Bu, dikey kaldırma sağlayan veya böceğe daha fazla uçuş yönlendirme esnekliği sağlayan uçuş değirmeni kol rulmanlarının tasarlanmasını içerebilir. Ek olarak, lazer kesicilerin ve 3D yazıcıların hassasiyeti, çoğunlukla vurgulama yeteneklerine sahip küçük böcekler için ölçeklendirme ve kalibre etme ile ilgilenen araştırmacılar için gerekli olabilir. Buna karşılık, bu protokolün amacı, davranışsal ekoloji alanındaki en yaygın ve kullanışlı cihazlardan birini inşa ederken bu teknolojilere kolay bir giriş sağlamaktı - uçuş değirmeni. Araştırmacılar ortak bir makerspace erişimine sahipse ve teknolojilerinde gezinmeye kararlıysa, modern uçuş değirmeninin ortaya çıkan geliştirmeleri ve iyileştirmeleri yaratıcı ve işbirlikçi uçuş değirmeni tasarımına yol açacak ve böcek türlerinin hareketteki varyasyonlarını ve kalıplarını etkileyen temel özellikler ve mekanizmalar hakkında içgörüler sunmaya devam edecektir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarın açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Meredith Cenzer'e tüm uçuş değirmeni malzemelerini satın alan ve inşaattan projenin yazılmasına kadar sürekli geri bildirim sağladığı için teşekkür ederim. Ana Silberg'e de standardize_troughs.py katkılarından dolayı teşekkür ediyorum. Son olarak, Chicago Üniversitesi'ndeki Medya Sanatları, Veri ve Tasarım Merkezi'ne (MADD) ortak makerspace ekipmanlarını, teknolojisini ve malzemelerini ücretsiz kullanma izni için teşekkür ediyorum.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
180 Ω Resistor E-Projects 10EP514180R Carbon film; stiff 24 gauge lead.
19 Gauge Non-Magnetic Hypodermic Steel Tubing MicroGroup 304H19RW 
2.2 kΩ Resistor Adafruit 2782 Carbon film; stiff 24 gauge lead.
3D Printer FlashForge 700355100638
3D Printer Filament FlashForge 700355100638 Diameter 1.75 mm; 1kg/roll.
3D Printing Slicing Software FlashPrint 4.4.0
Acrylic Plastic Sheets Blick Art Supplies 28945-1006
Aluminum Foil Target 253-01-0860
Breadboard Power Supply HandsOn Tech MDU1025 Can take 6.5V to 12V input and can produce 3.3V and 5V.
DI-1100 USB Data Logger DATAQ Instruments DI-1100 Has 4 differential armored analog inputs.
Electrical Wires Striveday B077HWS5XV 24 gauge solid wire.
Entomological Pins BioQuip 1208S2 Size 2; diameter 0.45 mm.
Filtered 20 uL Pipette Tip Fisher Scientific 21-402-550
Hot Glue Gun with Hot Glue Joann Fabrics 17366956
IR Sensor Adafruit 2167 This is the 3 mm IR version; works up to 25 cm.
Large Clear Vinyl Tubing Home Depot T10007008 Inner diameter 3/8 in; outer diameter 1/2 in; length 20 ft.
Large Magnets Bunting EP654 Low-friction N42 neodymium; diameter 0.394 in; length 0.157 in; holding force 4.9 lb. 
Laser Cutter  Universal Laser Systems  PLS6.75
M5 Hex Nut Home Depot 204274112 Thread pitch 0.8 mm; screw length 20 mm; diameter 5 mm.
M5 Long Iron Screws Home Depot 204283784 Philips pan head; thread pitch 0.8 mm; screw length 20 mm; diameter 5 mm.
M5 Short Iron Screws Home Depot 203540129 Philips pan head; thread pitch 0.8 mm; screw length 10 mm; diameter 5 mm.
Neoprene Rubber Sheet Grainger 60DC16 Length 12 in; width 12 in; depth 1/8in.
Online 3D Modeling Software Autodesk 2019_10_14 Tinkercad.com offers a free account.
Power Adaptor Adafruit 63 9 VDC 1000mA regulated switching; input voltage DC 3.3V 5V.
Small Clear Vinyl Tubing Home Depot T10007005 Inner diameter 1/4 in; outer diameter 3/8 in; 20 ft long.
Small Magnets Bunting N42P120060 Low-friction N42 neodymium; diameter 0.120 in; length 0.060 in; holding force 0.5 lb.
Solderless MB-102 Breadboard  Adafruit 239 830 tie points; length 17 cm; width 5.5 cm; input voltage, DC 3.3 V 5 V.
Sophisticated Finishes Iron Metallic Surfacer Blick Art Supplies 27105-2584
Wire Cutters Target  84-031W

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Krogh, A., Weis-Fogh, T. Roundabout for studying sustained flight of locusts. Journal of Experimental Biology. 29, 211-219 (1952).
  2. Hocking, B. The intrinsic range and speed of flight of insects. Transactions of the Royal Entomological Society of London. 104 (8), 223 (1953).
  3. Chambers, D. L., O'Connell, T. B. A flight mill for studies with the mexican fruit fly. Annals of the Entomological Society of America. 62 (4), 917-920 (1969).
  4. Chambers, D. L., Sharp, J. L., Ashley, T. R. Tethered insect flight: A system for automated data processing of behavioral events. Behavior Research Methods & Instrumentation. 8 (4), 352-356 (1976).
  5. Naranjo, S. E. Assessing insect flight behavior in the laboratory: a primer on flight mill methodology and what can be learned. Annals of the Entomological Society of America. 112 (3), 18 (2019).
  6. Ribak, G., Barkan, S., Soroker, V. The aerodynamics of flight in an insect flight-mill. PLoS ONE. 12 (11), 0186441 (2017).
  7. Pollack, G. S., Martins, R. Flight and hearing: Ultrasound sensitivity differs between flight-capable and flight-incapable morphs of a wing-dimorphic cricket species. The Journal of Experimental Biology. 210, 3160-3164 (2007).
  8. Koehler, C., Liang, Z., Gaston, Z., Wan, H., Dong, H. 3D reconstruction and analysis of wing deformation in free-flying dragonflies. The Journal of Experimental Biology. 215, 3018-3027 (2012).
  9. Behm, J. E., Waite, B. R., Hsieh, S. T., Helmus, M. R. Benefits and limitations of three-dimensional printing technology for ecological research. BMC Ecology. 18, 1-13 (2018).
  10. Sheridan, K. M., et al. Learning in the making: A comparative case study of three makerspaces. Harvard Educational Review. 84, 505-531 (2014).
  11. Khalifa, S., Brahimi, T. Makerspace: A novel approach to creative learning. Institute of Electrical and Electronics Engineers Xplore. 1, 43-48 (2017).
  12. Smay, D., Walker, C. Makerspaces: A creative approach to education. Teacher Librarian. 42, 39-43 (2015).
  13. Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. A simple flight mill for the study of tethered flight in insects. Journal of Visualized Experiments. 106, e53377 (2015).
  14. Reynolds, D. R., Riley, J. R. Remote-sensing, telemetric and computer-based technologies for investigating insect movement: A of existing and potential techniques. Computers and Electronics in Agriculture. 35 (2-3), 271-307 (2002).
  15. Davis, M. A. Geographic patterns in the flight ability of a monophagous beetle. Oecologia. 69, 407-412 (1986).
  16. Taylor, R. A. J., Bauer, L. S., Poland, T. M., Windell, K. N. Flight performance of Agrilus planipennis (Cleoptera: Buprestidae) on a flight mill and in free flight. Journal of Insect Behavior. 23, 128-148 (2010).
  17. Irvin, N. A., Hoddle, M. S. Assessing the flight capabilities of fed and starved Allograpata obliqua (Diptera: Syrphidae), a natural enemy of Asian citrus psyllid, with computerized flight mills. Florida Entomologist. 103 (1), 139-140 (2020).
  18. Minter, M., et al. The tethered flight technique as a tool for studying life-history strategies associated with migration in insects. Ecological Entomology. 43 (4), 397-411 (2018).
  19. Dingle, H., Blakley, N. R., Miller, E. R. Variation in body size and flight performance in milkweed bugs (Oncopeltus). Evolution. 34 (2), 371-385 (1980).
  20. Martini, X., Hoyte, A., Stelinski, L. L. Abdominal color of the Asian citrus psyllid (Hempitera: Liviidae) is associated with flight capabilities. Annals of the Entomological Society of America. 107 (4), 842-847 (2014).
  21. Chen, M., et al. Flight capacity of Bactrocera dorsalis (Diptera: Tephritidae) adult females based on flight mill studies and flight muscle ultrastructure. Journal of Insect Science. 15 (1), 141 (2015).
  22. Guo, J., Li, X., Shen, X., Wang, M., Wu, K. Flight performance of Mamestra brassicae Noctuidae) under different biotic and abiotic conditions. Journal of Insect Science. 20 (1), 1-9 (2020).
  23. Johnson, M. W., Toscano, N. C., Jones, V. P., Bailey, J. B. Modified ultrasonic actograph for monitoring activity of lepidopterous larvae. Proceedings of the Hawaiian Entomological Society. 27, 141-146 (1986).
  24. Cheng, X., Sun, M. A. Wing-kinematics measurement and aerodynamics in a small insect in hovering flight. Scientific Reports. 6, 25706 (2016).
  25. Holland, J. D. Dispersal kernel determines symmetry of spread and geographical range for an insect. International Journal of Ecology. 2009, 4 (2009).
  26. Frouz, J., Kindlmann, P. Source-sink colonization as a possible strategry of insects living in temporary habitats. PLoS ONE. 10 (6), 1-10 (2015).
  27. Ventola, C. L. Medical applications for 3D printing: Current and projected uses. Pharmacy & Therapeutics. 39 (10), 704-711 (2014).
  28. Martí-Campoy, A., et al. Design of a computerized flight mill device to measure the flight potential of different insects. Sensors (Basel). 16 (4), 1-21 (2016).
  29. Dubois, G. F., Vernon, P., Brustel, H. A flight mill for large beetles such as Osmoderma eremita (Cleoptera: Cetoniidae). Saproxylic Beetles. Their Role and Diversity in European Woodland and Tree Habitats. 14, 219-224 (2009).
  30. Webster, M. N., Doner, J. P., Wikstrom, V., Lugt, P. Grease degradation in R0F bearing tests. Tribology Transactions. 50 (2), 187-197 (2007).
  31. Jones, H. B. C., Lim, K. S., Bell, J. R., Hill, J. K., Chapman, J. W. Quantifying interspecific variation in dispersal ability of noctuid moths using an advanced tethered flight technique. Ecology and Evolution. 6 (1), 181-190 (2016).
  32. Walker, M., Humphries, S. 3D Printing: applications in evolution and ecology. Ecology and Evolution. 9 (7), 4289-4301 (2019).
  33. Shahrubudin, N., Lee, T. C., Ramlan, R. An overview of 3D printing technology: technological, materials, and applications. Science Direct. 35, 1286-1296 (2019).
  34. Taylor, R. A. J., Nault, L. R., Styer, W. E., Cheng, Z. B. Computer-monitored, 16-channel flight mill for recording the flight of leafhoppers (Homoptera: Auchenorrhyncha). Journal of the Entomological Society of America. 85 (5), 627-632 (1992).
  35. Nachtigall, W., Hanauer-Thieser, U., Mörz, M. Flight of the honey bee VII: Metabolic power versus flight speed relation. Journal of Comparative Physiology B. 165, 484-489 (1995).
  36. Hardie, J. Flight behavior in migrating insects. Journal of Agricultural Entomology. 10 (4), 239-245 (1993).
  37. Blackmer, J. L., Naranjo, S. E., Williams, L. H. Tethered and untethered flight by Lyrgus Hesperus and Lygus lineolaris (Heteroptera: Miridae). Environmental Entomology. 33 (5), 1389-1400 (2004).

Tags

Mühendislik Sayı 169 uçuş değirmeni makerspace 3D baskı lazer kesim otomasyon uçuş tahlil
Bağlı Böcek Uçuşunun Çalışması İçin Gelişmiş Bir Uçuş Değirmeni İnşa Etmek
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bernat, A. Building an Enhanced… More

Bernat, A. Building an Enhanced Flight Mill for the Study of Tethered Insect Flight. J. Vis. Exp. (169), e62171, doi:10.3791/62171 (2021).

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