Wykorzystanie czujników elektroantennogramu owadów w autonomicznych robotach do wyszukiwania węchowego

Ogólnym celem tej procedury jest zarejestrowanie elektrogramów lub EEG z całego preparatu na owady i wykorzystanie czułków owadów jako bioczujników w robotach węchowych. Osiąga się to poprzez uprzednie przywiązanie zwierzęcia do bloku styropianowego. Drugim krokiem jest umieszczenie dwóch elektrod EAG, elektrody referencyjnej w szyi owada i pipety rejestrującej na końcu anteny.

Następnie elektrody podłączane są do płytki elektrofizjologicznej z odpowiednim wzmocnieniem i filtracją sygnału. Ostatnim krokiem jest zamontowanie preparatu EAG na robocie mobilnym. Ostatecznie można uzyskać wyniki pokazujące nawigację węchową w kierunku źródła zapachu przy użyciu identycznych czujników, jak u prawdziwych zwierząt.

Ta platforma robotyczna zapewnia bezpośrednie środki do testowania hipotez dotyczących powłoki węchowej i nawigacji węchowej u owadów. Przewagą techniki, którą dzisiaj przedstawimy w porównaniu z istniejącymi metodami opartymi na akcyzie i antenie E, jest to, że pozwala ona na stabilne nagrania przez dłuższy okres czasu. Aby zarejestrować EAG z całego preparatu na owady, najpierw podchloruj dwa srebrne druty, zanurzając je w stężonym roztworze wybielacza na 10 do 20 minut, a następnie spłucz.

Proces ten zapobiega polaryzacji elektrod Wykonaj szklane elektrody z polerowanych ogniowo kapilar z elektrodą Polerowanie ogniem polarnym zapobiega zarysowaniu drutu z chlorowanego srebra za pomocą elektrod. Następnie znieczulij samca dwutlenkiem węgla i umieść go w bloku styropianowym z głową wystającą z góry, przywiąż głowę owada taśmą malarską do szyi, włóż srebrny drut służący jako elektroda referencyjna do szyi. Pod mikroskopem stereoskopowym unieruchom jedną z anten za pomocą cienkich pasków taśmy malarskiej na końcówce i podstawie.

Wytnij dystalne dwa do trzech segmentów anteny nożyczkami chirurgicznymi. Następnie umieść szklaną elektrodę w pobliżu odciętej końcówki anteny za pomocą mikromanipulatora. Wytnij koniec szklanej kapilary za pomocą kleszczyków, aby uzyskać średnicę nieco większą niż odcięta końcówka anteny.

Napełnij szklaną pipetę roztworem buforowym. Następnie włóż odciętą końcówkę anteny do szklanej kapilary za pomocą mikromanipulatora. Na koniec wsuń srebrny drut służący jako elektroda rejestrująca w największy koniec szklanej kapilary, zamontuj cały preparat.

To znaczy elektrody owadowe i mikromanipulator na metalowej płytce przykręconej do górnej części robota. Zaprojektuj interfejs sprzętowy, aby dostosować napięcie wyjściowe EAG do zakresu odpowiedniego dla płytki rozszerzeń robota, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Krótko dołącz wzmacniacz o wysokiej impedancji wejściowej, filtr dolno- i górnoprzepustowy oraz wzmacniacz drugiego stopnia.

Następnie podłącz elektrody do różnicowych wejść EAG. Podłącz elektrodę rejestrującą do wejścia odwracającego przedwzmacniacza, aby uzyskać dodatnie EEG. Opracowano niestandardowe oprogramowanie c plus plus w celu implementacji graficznego interfejsu użytkownika i różnych funkcji do wykrywania sygnałów i sterowania robotem.

Detekcja sygnału może być realizowana poprzez modelowanie mechanizmów neuronalnych, które umożliwiają szybkie i niezawodne wykrywanie feromonów. W mths poprzez naśladowanie biologii w mths neurony centralne otrzymujące dane wejściowe z anteny reagują na feromon stereotypowym wzorcem wypalania hamowania wzbudzenia Aby osiągnąć wykrywanie sygnału, zaimplementuj model neuronu jako równania różniczkowe, które można znaleźć w protokole tekstowym. Wykryj uderzenie feromonu za każdym razem, gdy wybuch wzbudzenia zdefiniowany jest jako trzy następujące po sobie interwały międzykolczaste.

Po czasie krótszym niż 70 milisekund następuje zahamowanie zdefiniowane przez interwał międzykolczasty większy lub równy 350 milisekundom. EEG w odpowiedzi na impulsy feromonów pokazuje, że system pomiarowy może rozwiązywać impulsy feromonów do 10 herców. EAG był rejestrowany okresowo w odpowiedzi na stymulację feromonami w celu zbadania stabilności w czasie całego preparatu z owadami.

W porównaniu z wyciętymi i czułkami, cały preparat na owady wykazuje dobrą stabilność w ciągu jednego dnia roboczego. Natomiast EEG zarejestrowane na izolowanych antenach gwałtownie spada w czasie, tak że sygnał spada do połowy swojej początkowej wartości już po 1,5 godziny. Tym razem zależność jest opisana przez wykładniczy rozpad o czasie życia wynoszącym dwie godziny.

Na koniec przetestowano zdolność platformy robotycznej EAG do wyszukiwania źródła zapachu przy użyciu strategii wyszukiwania reaktywnego. Strategia wyszukiwania łączy falę pod wiatr za każdym razem, gdy feromon zostanie wykryty, z zalewaniem spiralnym. W przypadku braku wykryć bez źródła zapachu, EAG pozostaje w okolicach zera z bardzo małą liczbą lub żadnymi detekcjami, robot wykonuje odlewanie spiralne i zazwyczaj opuszcza przestrzeń poszukiwań przed dotarciem do miejsca docelowego.

I odwrotnie, jeśli chodzi o źródło zapachu, EAG prezentuje wybuchy aktywności z detekcji przeplatające się z okresami ciszy wynikającymi z braku detekcji. Odlewanie spiralne odbywa się głównie na konturze pióropusza i wydaje się być skuteczną strategią przesuwania linii środkowej pióropusza, gdy zapach zostaje utracony. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak nagrywać telegramy elektronowe z preparatu na owady ścienne i używać anteny owada na robotach węchowych.