Harmoniczne znaczniki radarowe do śledzenia owadów: lekkie, tanie i dostępne

Wykorzystanie urządzeń śledzących do śledzenia ruchów zwierząt od dawna jest standardowym podejściem do badania zachowania i ekologii kręgowców. Jednak do niedawna te metody śledzenia były niedostępne dla entomologów ze względu na zbyt duży rozmiar i masę urządzeń śledzących, które muszą być przymocowane. Technologia dostarczana do śledzenia owadów obejmuje telemetrię radiową, Bluetooth, RFID i radar harmoniczny.

Spośród nich telemetria radiowa jest najczęściej używaną metodą śledzenia większych owadów. Oferuje większy zasięg wykrywania i unikalne sygnały dla każdego śledzonego owada, ale wymaga drogich znaczników, które mają ograniczoną trwałość i trwałość w terenie oraz są ciężkie, zwykle co najmniej 150 miligramów. Dla porównania, harmoniczne znaczniki radarowe są lżejsze o co najmniej rząd wielkości, niedrogie i mają zasięg wykrywania, który umożliwia śledzenie w terenie wielu mniejszych owadów.

Radar harmoniczny wykorzystuje nadajnik-odbiornik, który zarówno emituje sygnał, który zasila znacznik przenoszony przez owada, jak i odbiera sygnał zwrotny o podwojonej częstotliwości wysyłany przez znacznik. Pokażemy, jak wyprodukować dwa rozmiary harmonicznych znaczników radarowych, z których każdy zbudowany jest z diody Schottky'ego i drutu nitinolowego. Drut nitinolowy jest krytycznym elementem konstrukcyjnym, ponieważ jest elastyczny, dzięki czemu oznaczony owad może się stosunkowo swobodnie poruszać i łatwo powraca do prostej orientacji, umożliwiając maksymalny zwrot sygnału.

Zademonstrujemy również zastosowanie gotowego nadajnika-odbiornika sprzedawanego do ratownictwa w terenie. Niedrogie znaczniki i gotowe nadajniki-odbiorniki sprawiają, że ta technika śledzenia owadów jest bardzo dostępna dla entomologów, którzy chcą badać zachowanie owadów i ekologię. Zajmiemy się tworzeniem tagów, dołączaniem tagów do owadów, śledzeniem tych oznaczonych owadów i przedstawimy Ci reprezentatywne wyniki śledzenia.

Oto materiały potrzebne do wykonania tagów, dwa różne przewody i różne rozmiary diod, a także różne materiały przewodzące. Z naszego doświadczenia wynika, że srebrna żywica epoksydowa jest najsilniejszą i najskuteczniejszą metodą, ale można również zastosować inne. Tutaj możesz zobaczyć różne grubości drutu nitinolowego stosowanego odpowiednio w małych i dużych przywieszkach.

Oto dwa różne rozmiary diod, których będziemy używać do naszych tagów. Są to narzędzia, które będą potrzebne do złożenia tagów. Wydrukowane w 3D przyrządy będą używane do cięcia drutu i montażu przywieszek.

Zwróć uwagę na załączony dokument do projektów druku 3D. Najpierw pokażemy montaż dużych tagów. Krytycznym elementem zespołu tagu jest odpowiednia długość anteny, 8,25 centymetra dla dużego tagu.

Przyrząd pomiarowy służy do łatwego i powtarzalnego przycinania drutów na żądaną długość. Najpierw przyklejamy drut do przyrządu, owijamy drut wokół przyrządu, utrzymując lekkie napięcie, i przecinamy druty w kanale, jak pokazano. Przed ostrożnym wyjęciem przewodów z cylindra.

Aby przygotować diody do zamocowania drutu, przymocuj opakowanie diody do mikroskopu. Odciągnij pokrywę i usuń diody taśmą dwustronną, podczas gdy diody są we właściwej orientacji ze stykami skierowanymi do góry, aby ułatwić łączenie anteny. Przymocowana taśma do przyrządu.

Umieść karton równolegle do diod z każdej strony i wygładź krawędzie, aby antena nie przyklejała się do taśmy. Ustaw drut obok diody w ramach przygotowań do zamocowania, a pod mikroskopem ustaw przewody tak, aby stykały się z pojedynczym stykiem elektrycznym. Ważne jest, aby nie dotykały obu.

Nałóż materiał przewodzący na każdy styk, upewniając się, że zakrywa zarówno punkt styku, jak i przewód. Uważaj, aby nie rozprowadzać materiału przewodzącego między każdym kontaktem. W razie potrzeby ponownie nałóż materiał przewodzący, aby zabezpieczyć każdy przewód i zapewnić przewodność elektryczną.

Następnie pokażemy wykonanie małej przywieszki, która wykorzystuje drut nitinolowy o długości 4,1 centymetra. Przymocuj drut do przyrządu za pomocą taśmy, uważając, aby nie naciągnąć nadmiernie drutu. Owiń drut wokół przyrządu.

I przetnij drut wzdłuż rowka. Pamiętaj, że każdy tag wymaga dwóch odcinków tego drutu. Aby przygotować diody do mocowania, umieść taśmę dwustronną na przyrządzie.

Przenieś diody na taśmę, zachowując odpowiedni odstęp między diodami. W ramach zakresu upewnij się, że styki są skierowane do góry, aby ułatwić wyrównanie przewodu i diody. W razie potrzeby wyrównaj je i upewnij się, że są wciśnięte w taśmę, aby zapobiec ruchomości.

Umieść taśmę jednostronną wzdłuż diod, aby podnieść drut na poziomie styku i zapobiec przyklejaniu się drutu do taśmy znajdującej się pod spodem. Wygładź taśmę i umieść przewody w ogólnym sąsiedztwie diody. Pod lunetą należy ostrożnie umieścić drut w punktach styku, aby zapobiec nakładaniu się przewodów.

Idealnie byłoby, gdyby twoje wyrównanie wyglądało tak. Następnie nałóż materiał przewodzący na styk i przewód i upewnij się, że materiał przewodzący nie przepływa razem i nie zalewa płaszczyzny diody. Oto, jak powinien wyglądać Twój tag po odpowiednim czasie utwardzania wyznaczonym w instrukcji dla wybranego przez Ciebie materiału przewodzącego.

Tutaj możesz zobaczyć duży i mały tag. Następnie pokażemy, jak przymocować dużą zawieszkę do owada na przykładzie chrząszcza kózkowatego z Queensland. Istnieje wiele materiałów, których użyjesz do przymocowania zawieszek do owadów.

Zademonstrujemy mocowanie za pomocą klejów utwardzanych promieniami UV. Dwa inne powszechnie stosowane kleje to cyjanoakrylany lub kleje topliwe na zimno. Najpierw zabezpiecz chrząszcza, aby ułatwić dostęp do miejsca mocowania.

Nałóż kroplę kleju na miejsce mocowania. Zorientuj tag i umieść diodę stykami elektrycznymi skierowanymi w dół na klatkę piersiową. Gdy będziesz zadowolony z położenia przywieszki, utwardź klej za pomocą światła UV pod różnymi kątami, w sumie przez 5 do 10 sekund.

Następnie zademonstrujemy mocowanie małego znacznika za pomocą muszek owocowych Tephritid. Mniejsze przywieszki przeznaczone są do użytku ze średnimi lub małymi owadami. Zademonstrujemy mocowanie tagu z muchą melonową i śródziemnomorską muszką owocową.

Upewnij się, że znieczulasz muchy w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Dozuj kroplę kleju i zanurz przywieszkę w kleju UV. Upewnij się, że zwijasz diodę w kleju, aby zapewnić pełne pokrycie.

Zachowaj ostrożność, aby nadmiar kleju nie przywiózł do drutu. Zabezpiecz owada między kciukiem a palcem wskazującym, aby pokazać miejsce przyczepu. Ustaw zawieszkę i umieść ją wzdłużnie po grzbietowej stronie klatki piersiowej muchy.

Przesuwaj tag do przodu i do tyłu, aby rozprowadzić klej i zapewnić bezpieczne połączenie. Ponownie, gdy jesteś zadowolony z umieszczenia przywieszki, utwardź klej za pomocą światła UV. Teraz ponownie pokażemy proces tagowania.

Jeśli proces ten jest przeprowadzany w terenie, należy wykluczyć nadmiar światła UV, aby zapobiec twardnieniu kleju, zanim będziesz zadowolony z położenia diody. Schładzanie owadów na polu można wykonać za pomocą lodu zamiast umieszczać je w chłodni. Ponownie, podczas utwardzania światłem UV, utwardzaj pod różnymi kątami, aby zapewnić mocne mocowanie.

Na koniec zademonstrujemy mocowanie tagu z śródziemnomorską muszką owocową pod mikroskopem. Umieść znacznik na grzbietowej powierzchni klatki piersiowej i utwardź go światłem UV. Tutaj widzimy przykłady oznaczonego mocowania słupka przeciw owadom.

Należy pamiętać, że pozycja znacznika uniemożliwia usunięcie przez wysiłki związane z czyszczeniem owadów i wydaje się ułatwiać zrównoważony lot. W przypadku much odkryliśmy, że poprzeczne przyczepienie blisko środka masy wydaje się prowadzić do zahamowania lotu, potencjalnie wytrącając muchę z równowagi. Ważne jest, aby dokładnie przetestować zdolność lotu mocowania zawieszki na owady do słupka.

Zazwyczaj odbywa się to poprzez testowanie w rurze przelotowej. Tutaj pokazujemy reprezentatywne starty pokazujące, że muchy są zdolne do lotu. Zwróć uwagę, że muchy poruszają się swobodnie i wydają się generalnie nieobciążone przez znacznik.

Następnie zademonstrujemy działanie dużego tagu. Zwróć uwagę na dźwięk, jaki wydaje transceiver po wyrównaniu z tagiem. A tutaj możesz zobaczyć chrząszcza z dołączoną zawieszką.

Następnie zademonstrujemy zakres dużego tagu. Silny sygnał można wykryć z odległości około 30 metrów. Maksymalna odległość to około 60 metrów.

Małe tagi mają znacznie mniejszy zasięg. Silny sygnał można wykryć z odległości około 10 metrów. Na siłę sygnału ma również wpływ orientacja transceivera względem tagu.

Gdy tag i transceiver są wyrównane, otrzymujemy maksymalny sygnał. Jednak obróć transceiver o 90 stopni, a teraz tag i transceiver są źle wyrównane i otrzymujemy słaby sygnał lub nie ma go wcale. Zasięg wykrywania i rozmiar znacznika to prawdopodobnie dwie najważniejsze cechy znaczników śledzących owady.

Tutaj pokazujemy reprezentatywne wyniki dla maksymalnego zasięgu wykrywania dużych i małych tagów wyprodukowanych w tym filmie. 10 tagów każdego rozmiaru zostało przetestowanych w otwartym terenie. Niewspółosiowość znacznika i nadajnika-odbiornika, wraz z zakłóceniami roślinności, często zmniejsza zasięg wykrywania w warunkach polowych.

Z naszego doświadczenia wynika, że podczas pracy przy uprawach drzewnych lub polowych odległość wykrywania wynosi około 10 metrów w przypadku większych znaczników i pięć metrów w przypadku mniejszych znaczników. Na koniec chcielibyśmy podzielić się wynikami reprezentatywnego badania śledzącego z QLB. Celem pracy było zbadanie przemieszczania się chrząszcza kózkowatego z Queensland, ponieważ niewiele wiadomo o tym, gdzie dorosłe chrząszcze spędzają czas w środowisku.

Ponieważ chrząszcze są tajemnicze, dość trudno jest zlokalizować je w środowisku bez techniki śledzenia, takiej jak radar harmoniczny. Badania te przeprowadzono w drzewostanie kukui na Big Island na Hawajach. Wiele chrząszczy zostało oznaczonych i wypuszczonych w trakcie tego badania.

Jest to przykład drogi, jaką przebył jeden chrząszcz w ciągu pięciu dni. Zauważ, że chrząszcz był śledzony w wielu rodzajach miejsc, w tym wysoko na drzewach kukui i w martwych liściach. Był to ważny wniosek z tego badania.

QLB może być bardzo tajemniczy, a rolnicy często pytali o to, gdzie chrząszcze chowają się wokół drzew. Śledząc poszczególne QLB, byliśmy w stanie ustalić, że chrząszcze często ukrywały się w suchych liściach, co utrudniało ich wykrycie. W tym protokole pokazaliśmy, jak wyprodukować dwa rozmiary znaczników radaru harmonicznego.

Ponadto pokazaliśmy, jak przymocować te znaczniki do owadów za pomocą klejów utwardzanych promieniami UV i zademonstrowaliśmy zasięg wykrywania sygnału. Protokół ten został udoskonalony, aby umożliwić usprawnioną produkcję wielu tanich znaczników HR przy minimalnym specjalistycznym sprzęcie laboratoryjnym. Ponadto protokół powinien być dostępny dla badaczy mających doświadczenie w manipulowaniu obiektami w ramach zakresu preparacji.

Zalecamy rozpoczęcie od większych znaczników, aby rozwinąć umiejętności manipulowania diodami i nakładania kleju przewodzącego przed próbą wykonania mniejszych znaczników. Dziękujemy za oglądanie i mamy nadzieję, że ten film był pomocny. Jeśli masz pytania, skontaktuj się z nami.