Name: Insect-máquina Sistema Híbrido: Controle de rádio remoto de um Beetle Livremente Aeronáutica ( Torquata Mercynorrhina) (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: Aprenda a construir um sistema híbrido inseto-máquina para estimulação elétrica sem fio dos músculos de voo em besouros Mercynorrhina torquata em voo livre. Este método permite investigar a função muscular e a dinâmica do voo.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Este material é baseado nos trabalhos apoiados pela Cátedra Assistente de Nanyang (NAP, M4080740), Agência de Ciência, Tecnologia e Pesquisa (A*STAR) Financiamento de Pesquisa do Setor Público (PSF, M4070190), A*STAR-JST (Agência de Ciência e Tecnologia do Japão) (M4070198) e Ministério da Educação de Cingapura (MOE2013-T2-2-049). Os autores gostariam de agradecer ao Sr. Roger Tan Kay Chia, Prof. Low Kin Huat, Sr. Poon Kee Chun, Sr. Chew Hock See, Sr. Lam Kim Kheong e Dr. Mao Shixin da Escola do MAE por seu apoio na criação e manutenção das instalações de pesquisa. Os autores agradecem ao Prof. Michel Maharbiz (UC Berkeley) por seus conselhos e discussão, ao Prof. Kris Pister e seu grupo (UC Berkeley) por seu apoio no fornecimento da GINA usada neste estudo.

1. animal Estudo <ol><li> besouros traseiros individuais Mecynorrhina torquata (6 cm, 8 g) em recipientes de plástico separados com cama de aglomerados de madeira. </li><li> Alimentar cada besouro um copo de geléia de açúcar (12 ml) a cada 3 dias. </li><li> Manter a temperatura e humidade da sala de criação, a 25 ° C e 60%, respectivamente. </li><li> Testar a capacidade de vôo de cada besouro antes de implantar eletrodos de arame fino. <ol><li> Gentilmente jogar um besouro no ar. Se o besouro pode voar por mais de 10 segundos para 5 ensaios consecutivos, concluir que o besouro tem capacidades aéreas regulares e empregá-lo para experimentos voo seguinte. Para recuperar o besouro, desligar todas as luzes da sala para torná-lo escuro. Isso faz com que o besouro para terminar o vôo. Nota: Um besouro espontaneamente começa a voar para longe quando liberado no ar. É preferível realizar as experiências de voo numa sala fechada, tal como a mostrada na Figura 1 (16 x 8 x 4 m <sup&gt; 3 com um espaço de captura de movimento de 12,5 x 8 x 4 m 3), com um vôo movimentos besouro muito rápido (aproximadamente 3-5 m / s) e atrai grandes arcos ao girar no ar. </li></ol></li></ol> 2. Eletrodo Implantação <ol><li> Anestesiar o besouro, colocando-o em um recipiente de plástico cheio com CO 2 durante 1 min 13,16,20-24. </li><li> Amaciar a cera dental por imersão em água quente por 10 seg. Coloque o besouro anestesiados em um bloco de madeira e imobilizá-lo com a cera dental amolecida. A cera dental naturalmente esfria e se solidifica dentro de alguns minutos. </li><li> Corte fios de prata isolados (127 mm de diâmetro nua, 178 mm de diâmetro quando revestido com perfluoroalkoxy) em comprimentos de 25 mm de usar eletrodos de fio finas para implantação. </li><li> Expor 3 mm de prata nua por chamas do isolador em ambas as extremidades de cada fio. </li><li> Dissecar a superfície superior da cutícula do besouro usando uma tesoura de ponta fina para criar uma smaLL janela de cerca de 4 x 4 mm no metepisternum (Figura 2c). Nota: A cutícula de cor castanha suave é então exposta, tal como mostrado nas Figuras 2c - e. O músculo 3AX está localizado por baixo da cutícula macia. </li><li> Pierce dois furos na cutícula castanho expostos usando um pino de inseto (tamanho 00) com uma distância de 2 mm entre os dois furos (Figura 2D). </li><li> Inserir dois eléctrodos de fio (incluindo uma eléctrodos activos e um retorno, preparado no passo 2.4) cuidadosamente através dos orifícios e implantá-las em cada músculo 3ax a uma profundidade de 3 mm. </li><li> Fixe os eletrodos implantados e mantê-los no lugar para evitar o contato e curto-circuitos, largando cera de abelha derretida sobre os buracos. Se necessário, a cera de abelha refluir através da cutícula tocando a cera de abelha com a ponta do ferro de soldar a quente. A cera solidifica rapidamente e reforça a implantação. Nota: Para verificar se o implante está correto, o elytra da beterrabale pode ser levantada para observar o movimento do músculo 3ax durante a estimulação eléctrica. </li></ol> 3. Montagem Backpack sem fio Nota: A mochila consistiu de um built-in microcontrolador rádio em uma em camadas placa de 4 FR-4 (1,6 x 1,6 centímetros 2). A mochila foi impulsionado por uma micro bateria de polímero de lítio (3,7 V, 350 mg, 10 mAh). A massa total da mochila, incluindo a bateria foi de 1,2 ± 0,26 g, o qual é menor do que a capacidade de carga do besouro (30% de 10 g de peso corporal). A mochila foi pré-programado para receber comunicações sem fio e tinha dois canais de saída. <ol><li> Limpe a superfície do pronoto (remover a camada de cera na cutícula) usando fita dupla face. Em seguida, coloque a mochila no pronotum do besouro com um pedaço de fita dupla face. </li><li> Conectar as extremidades dos eléctrodos implantados às saídas da mochila. </li><li> Enrole fita retro-reflexivo em torno do micro bateria para produzir um marcador focâmeras de captura de movimento r de detectar. </li><li> Anexar a microbateria para o topo da mochila utilizando um pedaço de fita adesiva de dupla face de modo que a fita retro-reflectora pode ser detectado por câmaras de captura de movimento. </li></ol> 4. Wireless Control System Nota: Neste caso, o sistema de controle sem fio termo inclui um receptor para o controlador remoto, um computador portátil para executar o software de controle de vôo costume, uma estação base, a mochila, e o sistema de captura de movimento. <ol><li> Ligue a estação base eo receptor do controle remoto para o computador portátil através de portas USB. </li><li> Ligue o sistema de captura de movimento e conecte-o ao computador portátil através de uma porta Ethernet. </li><li> Executar a calibração de volume, acenando a varinha de calibração (fornecido pela empresa fabricante do sistema de captura de movimento) para cobrir totalmente o espaço de captura de movimento. <ol><li> Abra o software de captura de movimento a partir do desktop do laptop. Clique e drag para selecionar todas as câmeras no menu &quot;Sistema&quot; do painel &quot;Recursos&quot;. </li><li> Clique no menu &quot;Perspectiva 3D&quot; e selecione &quot;Camera&quot; para mudar para a visualização da câmera. Clique na aba &quot;Camera&quot; no painel &quot;Ferramentas&quot; para mostrar o ajuste de calibração. Clique em &quot;Iniciar&quot; no menu &quot;Criar Máscaras Câmera&quot; para eliminar o ruído das câmeras e, em seguida, &quot;Stop&quot; após o barulho é mascarado em azul. </li><li> Clique e selecione &quot;5 Marcador Wand &amp; L-Frame&quot; no menu &quot;Wand&quot; eo menu &quot;L-Frame&quot; no separador &quot;Câmara&quot;. Defina o &quot;Contagem Wand&quot; para 2500, clique em &quot;Start&quot; no menu &quot;Câmeras Calibrar&quot;, e acenar a varinha de calibração através de todo o espaço de captura de movimento. O processo de calibração pára quando a contagem varinha atinge 2.500. </li><li> Repita o processo de calibração se o erro de imagem (na parte inferior da guia &quot;Camera&quot; do painel &quot;Ferramentas&quot;) é superior a 0,3 fou qualquer câmera. Depois de calibrar, coloque a varinha no chão no meio do espaço de captura de movimento e clique em &quot;Start&quot; no menu &quot;Definir Origem Volume&quot; para definir a origem do espaço de captura de movimento. </li></ol></li><li> Verifique a cobertura do sistema de captura de movimento utilizando um ensaio em branco para gravar o caminho de movimento de um marcador acenou por um usuário no espaço de captura de movimento e confirmar se o marcador é detectado e monitorado. Se o marcador é frequentemente perdido durante a detecção, repita a calibragem de volume até que o ensaio em branco bem-sucedido. <ol><li> Clique na aba &quot;Capture&quot; no painel &quot;Ferramentas&quot; e depois &quot;Iniciar&quot; no menu &quot;Capture&quot; antes de acenar o marcador amostra através de todo o espaço de captura de movimento para gravar sua trajetória. </li><li> Após a gravação, clique em &quot;Executa o gasoduto Reconstruct&quot; para reconstruir as posições do marcador e verificar a qualidade da gravação. </li></ol></li><li> Ligar os terminais do Microbattery (ligado à mochila no passo 3.4) para os pinos de alimentação da mochila. </li><li> Teste a comunicação sem fios entre o computador portátil e a mochila usando o software de controle de vôo personalizado. Clique no comando &quot;Iniciar&quot; no software e verificar o status da conexão exibido. </li></ol> Experiência 5. Vôo Livre <ol><li> Realizar a experiência de voo livre em uma arena de vôo medindo 16 x 8 x 4 m 3. </li><li> Entrada os parâmetros apropriados para o software de controle de vôo (tensão, largura de pulso, frequência e duração estimulação). Nota: Para demonstração, que fixa a tensão de 3 V, largura de impulso de 3 ms, e a duração de estimulação de 1 seg e a frequência variou de 60 a 100 Hz. <ol><li> Na tela do software, o tipo 3 para 3 V na caixa &quot;Voltage&quot;, de 1.000 para 1.000 ms na caixa de &quot;Estimulação Duração&quot;, 3 por 3 ms na caixa &quot;Largura de Pulso&quot;, e uma frequência desejada em Hz no &quot; frequência &quot;caixa de on janela de comando. </li></ol></li><li> Solte o besouro montado na mochila para o ar que lhe permite voar livremente dentro da arena de voo. acionar manualmente a estimulação quando o besouro entra no espaço de captura de movimento. Pressione o botão apropriado de comando (esquerda ou direita) no controle remoto para estimular o músculo alvo do lado esquerdo ou direito do besouro. Nota: Uma vez que o botão é pressionado, o software de controle de vôo em execução no laptop gera o comando e envia-lo para a mochila. A mochila, em seguida, emite o estímulo eléctrico ao músculo de interesse (no lado esquerdo ou direito). </li><li> Observe a reação do besouro em tempo real durante a estimulação e reconstruir os dados utilizando software de gráficos 3D. <ol><li> Escolha um dos ensaios gravados na lista de dados da janela &quot;Beetle Display&quot; e clique em &quot;Panda Export&quot; para copiar os dados de que o julgamento para a pasta de análise e executar o módulo de gráficos 3D. </li><li> Pressione &quot;N&quot; nao teclado para combinar o sinal de estímulo com a trajetória gravada. Prima I para mostrar a trajetória do besouro com os períodos de estimulação destacadas. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Kutsch, W., Schwarz, G., Fischer, H., Kautz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wireless+Transmission+of+Muscle+Potentials+During+Free+Flight+of+a+Locust%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Wireless Transmission of Muscle Potentials During Free Flight of a Locust.</a> J. Exp. Biol. 185 (1), 367-373 (1993).</li>
<li>Fischer, H., Kautz, H., Kutsch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Radiotelemetric+2-Channel+Unit+for+Transmission+of+Muscle+Potentials+During+Free+Flight+of+the+Desert+Locust%2C+Schistocerca+Gregaria%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A Radiotelemetric 2-Channel Unit for Transmission of Muscle Potentials During Free Flight of the Desert Locust, Schistocerca Gregaria.</a> J. Neurosci. Methods. 64 (1), 39-45 (1996).</li>
<li>Ando, N., Shimoyama, I., Kanzaki, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Dual-Channel+FM+Transmitter+for+Acquisition+of+Flight+Muscle+Activities+from+the+Freely+Flying+Hawkmoth%2C+Agrius+Convolvuli%5BTitle%5D)+AND+%22+J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A Dual-Channel FM Transmitter for Acquisition of Flight Muscle Activities from the Freely Flying Hawkmoth, Agrius Convolvuli.</a> J. Neurosci. Methods. 115 (2), 181-187 (2002).</li>
<li>Sanchez, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Locomotion+control+of+hybrid+cockroach+robots%5BTitle%5D)+AND+%22J.+R.+Soc.+Interface%22%5BJournal%5D)">Locomotion control of hybrid cockroach robots.</a> J. R. Soc. Interface. 12 (105), (2015).</li>
<li>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).</li>
<li>Bozkurt, A., Gilmour, R. F., Lal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Balloon-Assisted+Flight+of+Radio-Controlled+Insect+Biobots%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Balloon-Assisted Flight of Radio-Controlled Insect Biobots.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 56 (9), 2304-2307 (2009).</li>
<li>Sato, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+Radio+Control+of+Insect+Flight%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Remote Radio Control of Insect Flight.</a> Front. Neurosci. 3, (2009).</li>
<li>Daly, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Pulsed+UWB+Receiver+SoC+for+Insect+Motion+Control%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+J.+Solid-State+Circuits%22%5BJournal%5D)">A Pulsed UWB Receiver SoC for Insect Motion Control.</a> IEEE J. Solid-State Circuits. 45 (1), 153-166 (2010).</li>
<li>Maharbiz, M. M., Sato, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyborg+Beetles%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Am%22%5BJournal%5D)">Cyborg Beetles.</a> Sci. Am. 303 (6), 94-99 (2010).</li>
<li>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).</li>
<li>Hinterwirth, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wireless+Stimulation+of+Antennal+Muscles+in+Freely+Flying+Hawkmoths+Leads+to+Flight+Path+Changes%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+ONE%22%5BJournal%5D)">Wireless Stimulation of Antennal Muscles in Freely Flying Hawkmoths Leads to Flight Path Changes.</a> PloS ONE. 7 (12), (2012).</li>
<li>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).</li>
<li>Sato, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deciphering+the+Role+of+a+Coleopteran+Steering+Muscle+via+Free+Flight+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Deciphering the Role of a Coleopteran Steering Muscle via Free Flight Stimulation.</a> Curr. Biol. 25 (6), 798-803 (2015).</li>
<li>Erickson, J. C., Herrera, M., Bustamante, M., Shingiro, A., Bowen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effective+Stimulus+Parameters+for+Directed+Locomotion+in+Madagascar+Hissing+Cockroach+Biobot%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Effective Stimulus Parameters for Directed Locomotion in Madagascar Hissing Cockroach Biobot.</a> PLoS ONE. 10 (8), e0134348(2015).</li>
<li>Zhaolin, Y., et al. A preliminary study of motion control patterns for biorobotic spiders. Control & Automation (ICCA), 11th IEEE International Conference, , 128-132 (2014).</li>
<li>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).</li>
<li>Cao, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Biological+Micro+Actuator%3A+Graded+and+Closed-Loop+Control+of+Insect+Leg+Motion+by+Electrical+Stimulation+of+Muscles%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">A Biological Micro Actuator: Graded and Closed-Loop Control of Insect Leg Motion by Electrical Stimulation of Muscles.</a> PLoS ONE. 9 (8), e105389(2014).</li>
<li>Zhao, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuromechanism+Study+of+Insect-Machine+Interface%3A+Flight+Control+by+Neural+Electrical+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Neuromechanism Study of Insect-Machine Interface: Flight Control by Neural Electrical Stimulation.</a> PLoS ONE. 9 (11), e113012(2014).</li>
<li>Tsang, W. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+Split-Ring+Electrode+for+Insect+Flight+Biasing+Using+Multisite+Neural+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Flexible Split-Ring Electrode for Insect Flight Biasing Using Multisite Neural Stimulation.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 57 (7), 1757-1764 (2010).</li>
<li>Barron, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anaesthetising+Drosophila+for+behavioural+studies%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Insect+Physiol%22%5BJournal%5D)">Anaesthetising Drosophila for behavioural studies.</a> J. Insect Physiol. 46 (4), 439-442 (2000).</li>
<li>Cooper, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anesthesia%2C+Analgesia%2C+and+Euthanasia+of+Invertebrates%5BTitle%5D)+AND+%22ILAR+Journal%22%5BJournal%5D)">Anesthesia, Analgesia, and Euthanasia of Invertebrates.</a> ILAR Journal. 52 (2), 196-204 (2011).</li>
<li>Miller, T. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMiller%2C+TA+%22Insect+neurophysiological+techniques%22">Insect neurophysiological techniques</a>. , Springer Science & Business Media. (2012).</li>
<li>Leary, S., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLeary%2C+S+%22AVMA+guidelines+for+the+euthanasia+of+animals%22">AVMA guidelines for the euthanasia of animals</a>. , (2013).</li>
<li>Heath, B., West, G., Heard, D., Caulkett, N. Mobile Inhalant Anesthesia Techniques. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHeath%2C+B+%22in+Zoo+Animal+and+Wildlife+Immobilization+and+Anesthesia%22">in Zoo Animal and Wildlife Immobilization and Anesthesia</a>. , Blackwell Publishing Ltd. 75-80 (2008).</li>
<li>Mischiati, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Internal+models+direct+dragonfly+interception+steering%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Internal models direct dragonfly interception steering.</a> Nature. 517 (7534), 333-338 (2015).</li>
<li>Kutsch, W., Berger, S., Kautz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Turning+Manoeuvres+in+Free-Flying+Locusts%3A+Two-Channel+Radio-Telemetric+Transmission+of+Muscle+Activity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Zoolog.+Part+A+Comp.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Turning Manoeuvres in Free-Flying Locusts: Two-Channel Radio-Telemetric Transmission of Muscle Activity.</a> J. Exp. Zoolog. Part A Comp. Exp. Biol. 299 (2), 139-150 (2003).</li>
<li>Wang, H., Ando, N., Kanzaki, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+Control+of+Free+Flight+Manoeuvres+in+a+Hawkmoth%2C+Agrius+Convolvuli%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Active Control of Free Flight Manoeuvres in a Hawkmoth, Agrius Convolvuli.</a> J. Exp. Biol. 211 (3), 423-432 (2008).</li>
<li>Sato, H., Maharbiz, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+developments+in+the+remote+radio+control+of+insect+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Recent developments in the remote radio control of insect flight.</a> Front. Neurosci. 4, (2010).</li>
<li>Tien Van, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flight+behavior+of+the+rhinoceros+beetle+Trypoxylus+dichotomus+during+electrical+nerve+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinsp.+Biomim%22%5BJournal%5D)">Flight behavior of the rhinoceros beetle Trypoxylus dichotomus during electrical nerve stimulation.</a> Bioinsp. Biomim. 7 (3), 036021(2012).</li>
<li>Sane, S. P., Dickinson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+control+of+flight+force+by+a+flapping+wing%3A+lift+and+drag+production%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">The control of flight force by a flapping wing: lift and drag production.</a> J. Exp. Biol. 204 (15), 2607-2626 (2001).</li>
<li>de Croon, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+aerodynamics+and+autonomy+of+the+DelFly%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinsp.+Biomim%22%5BJournal%5D)">Design, aerodynamics and autonomy of the DelFly.</a> Bioinsp. Biomim. 7 (2), 025003(2012).</li>
<li>Ma, K. Y., Chirarattananon, P., Fuller, S. B., Wood, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Flight+of+a+Biologically+Inspired%2C+Insect-Scale+Robot%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Controlled Flight of a Biologically Inspired, Insect-Scale Robot.</a> Science. 340 (6132), 603-607 (2013).</li>
</ol>

Os autores declaram não haver conflitos de interesse.

O processo de implantação é importante, pois afeta a confiabilidade do experimento. Os eléctrodos deve ser inserido dentro do músculo a uma profundidade de 3 mm ou menos, dependendo do tamanho do besouro (evitando o contacto com os músculos próximas). Se os eletrodos tocar os músculos próximos, ações motoras indesejáveis ​​e comportamentos podem ocorrer devido à contração dos músculos próximos. Os dois eléctrodos deve ser bem alinhados para assegurar que não há curto-circuito ocorrer. Quando a fusão e reflui cera utiliz...

Um sistema híbrido inseto-máquina, muitas vezes referido como inseto ciborgue ou biobot, é a fusão de uma plataforma de insetos vivos com um dispositivo eletrônico montado em miniatura. O dispositivo eletrônico, que é comandado sem fio por um usuário remoto, emite um sinal elétrico para estimular eletricamente os locais neuromusculares no inseto por meio de eletrodos de fio implantados para induzir ações e comportamentos motores desejados pelo usuário. Nos estágios iniciais deste campo de pesquisa, os pesquisadores se limitaram a realizar o registro sem fio da ação muscular de um inseto, usando circuitos analógicos simples compostos por componentes montados na superfície1-3. O desenvolvimento da tecnologia system-on-a-chip com funcionalidade de radiofrequência permitiu não apenas a gravação sem fio de sinais neuromusculares, mas também a estimulação elétrica dos locais neuromusculares em insetos vivos. Atualmente, um microcontrolador de rádio embutido é pequeno o suficiente para ser montado em insetos vivos sem causar obstruções à sua locomoção4-13.
O desenvolvimento do microcontrolador de rádio embutido permite que os pesquisadores determinem protocolos de estimulação elétrica para induzir ações motoras desejadas para controlar a locomoção do inseto de interesse. No solo, os pesquisadores demonstraram o controle da caminhada estimulando os locais neuromusculares de baratas4,12,14, aranhas15 e besouros16,17. No ar, o início e a cessação do vôo foram alcançados usando diferentes métodos, como a estimulação dos lobos ópticos (o aglomerado neural maciço de um olho composto) em besouros7,9 e sub-regiões cerebrais em abelhas18, enquanto o controle de giro foi demonstrado estimulando os músculos das antenas e o sistema nervoso do abdômen em mariposas11,19 e os músculos de vôo de besouros7,9,13. Na maioria dos casos, um microcontrolador de rádio embutido foi integrado em uma placa de circuito impresso projetada sob medida para produzir um estimulador sem fio em miniatura (mochila), que foi montado no inseto de interesse. Isso permite que a estimulação elétrica sem fio seja aplicada a um inseto que anda livremente ou voa. Esse inseto montado em microcontrolador é o que é chamado de sistema híbrido inseto-máquina. 
Este estudo descreve os protocolos experimentais para a construção de um sistema híbrido inseto-máquina, em que um besouro vivo é empregado como plataforma de insetos, e instrui sobre como operar o robô e testar seus sistemas de controle de vôo. O terceiro músculo esclerito axilar (3Ax) foi escolhido como o músculo de interesse para estimulação elétrica e demonstração do controle de giro esquerdo ou direito13. Um par de eletrodos finos de fio de prata foi implantado nos músculos 3Ax esquerdo e direito. Além disso, uma mochila foi montada no besouro vivo. As outras extremidades do eletrodo de fio foram conectadas aos pinos de saída do microcontrolador. A mochila era pequena o suficiente para o besouro carregar em vôo. Assim, isso permite que um experimentalista estimule remotamente o músculo de interesse de um inseto em vôo livre e investigue suas reações aos estímulos.

<table><tbody><tr><td>Besouro Mecynorrhina torquata</td><td>Reino do Besouro Taiwan</td><td></td><td>10 g, 8 cm, capacidade de carga útil é de 30% da massa corporal Aprovação de importação e uso pela Autoridade Agroalimentar e Veterinária de Cingapura (AVA; Código HS: 01069000, código do produto: ALV002).</td></tr><tr><td>Estimulador de mochila sem fio</td><td>Custom</td><td></td><td>TI CC2431 microcontroler A prancha é feita sob medida com base na prancha GINA do Prof. Kris Pister' s laboratório. O layout da placa GINA pode ser encontrado em&nbsp; &nbsp; &nbsp; https://openwsn.atlassian.net/wiki/display/OW/GINA</td></tr><tr><td>Wii Controle remoto</td><td>Nintendo</td><td></td><td>Bluetooth controle remoto para enviar o comando para o operador laptop</td></tr><tr><td>BeetleCommander v1.8</td><td>Personalizado. Grupo Maharbiz na UC Berkeley e grupo Sato na NTU</td><td></td><td>Estabeleça a comunicação sem fio da mochila e do laptop do operador. Configure os parâmetros de estímulo e registre os dados posicionais. Visualize os dados do voo.</td></tr><tr><td>Estação base GINA</td><td>Grupo Kris Pister na UC Berkeley</td><td></td><td>TI MSP430F2618 e AT86RF231</td></tr><tr><td>Sistema de captura de movimento</td><td>VICON</td><td>T160</td><td>8 câmeras para uma arena de voo de 12,5 m x 8 m x 4 m</td></tr><tr><td>Sistema de captura de movimento</td><td>VICON</td><td>T40s</td><td>12 câmeras para uma arena de voo de 12,5 x 8 x 4 m</td></tr><tr><td>Micro bateria</td><td>Fullriver</td><td>&nbsp; 201013HS10C&nbsp;</td><td>3,7 V, 10 mAh</td></tr><tr><td>Fita refletora retro</td><td>Reflexite</td><td>V92-1549-010150</td><td>Fita refletora V92, cor prata</td></tr><tr><td>Isolada com PFA Fio Prateado&nbsp;</td><td>Sistemas A-M</td><td>786000</td><td>127 &micro; m nu, 177,8 &micro; m revestido, 3 mm de chama prateada nua exposta nas pontas</td></tr><tr><td>Cabeçalho SMT Micro</td><td>SAMTEC</td><td>FTSH-110-01-L-DV</td><td>0.3 mm x 6 mm, dobre para fazer um controle deslizante de 3 mm de comprimento para prender o eletrodo no cabeçalho da placa de circuito impresso.</td></tr><tr><td>Cera</td><td></td><td></td> de Abelha <td>Fixa os eletrodos</td></tr><tr><td>Cera Dental</td><td>Vertex</td><td></td><td>Imobiliza o besouro Pino</td></tr><tr><td>de Inseto</td><td>ROBOZ</td><td>RS-6082-30</td><td>Tamanho&nbsp; 00; 0.3 mm Diâmetro da haste; 0.03 mm de largura da ponta; 38 mm Comprimento&nbsp; Faça furos de guia de eletrodo na cutícula</td></tr><tr><td>Pinças</td><td>DUMONT</td><td>RS-5015</td><td>Padrão #5; .05 mm x .01 mm Tamanho da ponta; 110 mm Comprimento Tesoura de dissecação e implantação</td></tr><tr><td></td><td>ROBOZ</td><td>RS-5620</td><td>Vannas Micro Tesoura de mola dissecadora; Reto; Borda de corte de 3mm; Largura da ponta de 0,1 mm; 3" de comprimento total&nbsp; Dissecação e implantação</td></tr><tr><td>Ferro de solda potável</td><td>DAIYO</td><td>DS241</td><td>Reflow cera</td></tr><tr><td>de abelha Placa de aquecimento&nbsp;</td><td>CORNING</td><td>PC-400D</td><td>Cera de abelha derretida e cera dental</td></tr><tr><td>Lâmpada fluorescente</td><td>Philips</td><td>TL5 14W</td><td>Ilumine toda a arena de voo com 30 painéis (60 x 60 cm2). Cada painel tem 3 lâmpadas. 14 W, 549 mm x 17 mm&nbsp;</td></tr></tbody></table>

insect-máquina sistema híbrido: controle de rádio remoto de um beetle livremente aeronáutica (<em&gt; torquata mercynorrhina</em&gt;)

Insect-machine Hybrid System: Remote Radio Control of a Freely Flying Beetle (Mercynorrhina torquata)

A ascensão de aparelhos eletrônicos digitais habilitados para rádio fez com que o uso de pequenos gravadores neuromusculares sem fio e estimuladores para estudar o comportamento de insetos em voo. Esta tecnologia permite o desenvolvimento de um sistema híbrido de inseto-máquina, utilizando uma plataforma de insetos vivendo descrito neste protocolo. Além disso, este protocolo apresenta a configuração do sistema e procedimentos experimentais de vôo livre para avaliar a função dos músculos do vôo em um inseto untethered. Para demonstração, alvo do músculo terceira axilar sclerite (3AX) para controlar e conseguir virar à esquerda ou à direita de um besouro voando. Um eléctrodo de fio de prata fina foi implantado no músculo 3ax em cada lado do besouro. Estes foram ligados às saídas de uma mochila sem fio (isto é, um estimulador eléctrico neuromuscular) montado no pronotum do besouro. O músculo foi estimulado em vôo livre, alternando o lado estimulação (esquerda ou direita) ou variando a stimulatiofrequência n. O besouro virado para o lado ipsilateral quando o músculo foi estimulado e exibiu uma resposta gradual para uma frequência cada vez maior. O processo de implantação e calibragem do volume do movimento sistema de câmera captura 3 dimensional precisa ser realizada com cuidado para evitar danos ao músculo e perder de vista o marcador, respectivamente. Este método é altamente benéfico para estudar vôo de insetos, uma vez que ajuda a revelar as funções do músculo do vôo de interesse em vôo livre.

O procedimento de implantação de eléctrodos é apresentado na Figura 2, os eléctrodos de arame de prata fina foram implantados no músculo 3ax do besouro através de pequenos orifícios perfurados na cutícula macio sobre o músculo (Figuras 2d - e).. Este cutícula macia é encontrada logo acima da apodema do músculo basalar após a remoção da parte anterior do metepisternum (Figuras 2d - c). Os eletrodos foram ...

Este protocolo descreve o processo de construção de um sistema híbrido inseto-máquina e a realização de estimulação elétrica sem fio dos músculos de vôo necessários para controlar o movimento de giro de um inseto voador.

Insect-máquina Sistema Híbrido: Controle de rádio remoto de um Beetle Livremente Aeronáutica (<em&gt; Torquata Mercynorrhina</em&gt;)

The rise of radio-enabled digital electronic devices has prompted the use of small wireless neuromuscular recorders and stimulators for studying in-flight ...

Este vídeo descreve o processo de construção de um sistema híbrido inseto-máquina para estimulação elétrica sem fio dos músculos de voo em um inseto em voo livre. Este método pode ajudar a responder questões fundamentais no campo da pesquisa com insetos, como a função dos músculos de voo no voo. A principal vantagem desta técnica é que podemos investigar o efeito da ativação de músculos de voo específicos no voo de três insetos diferentes, utilizando um pequeno estimulador remoto.Por meio deste método, ampliamos nossa compreensão sobre a função dos músculos voadores em besouros. Ele também pode ser aplicado a outros insetos ou a outros grupos musculares, como nas pernas ou nas antenas. Para começar, teste a capacidade de voo dos besouros para identificar indivíduos adequados para o experimento.Selecione um besouro e o lance suavemente ao ar em um ambiente fechado amplo. Para recapturar um besouro, basta escurecer o ambiente, o que fará com que ele pare de voar. Se o besouro voar por mais de 10 segundos em cinco tentativas consecutivas, então poderá ser utilizado para o experimento.Primeiro, anestesie o besouro usando uma câmara de dióxido de carbono. Deixe-o lá por um minuto. Em se

insect-machine-hybrid-system-remote-radio-control-freely-flying

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociência

Apresentamos um novo procedimento cirúrgico para implantar eletrodos em Manduca sexta durante seus estágios metamórficos iniciais. Esta técnica permite o acoplamento mecanicamente estável e eletricamente confiável com o tecido neuromuscular para estudar a dinâmica da neurofisiologia de voo. Também apresentamos uma nova plataforma de levitação magnética para estudos amarrados de bouba de insetos.

Cedo metamórfica de Inclusão Tecnologia para o Comportamento de Monitoramento de insetos de vôo

Propusemos um sistema que utiliza sensores de pseudo-acústico de baixo custo, não invasivo ópticos para detectar automaticamente e com precisão, contar e classificar insetos voadores com base em seu som de vôo.

Vôo Detecção e Classificação Insect com sensores baratos

O voo em insetos é influenciado por vários fatores e a propensão à dispersão é uma variável importante na compreensão da ecologia de insetos e estratégias de controle biológico. Descrevemos a construção e o uso de um moinho de vôo simples, relativamente barato e flexível para medir parâmetros de vôo cativo em insetos.

Um simples vôo Mill para o Estudo da Amarrados no vôo Insetos

A capacidade para localizar uma fonte de odor é necessária para a sobrevivência de insectos e espera-se que seja aplicável aos odores-rastreamento artificial. O robô controlado por insetos é accionada por um silkmoth real e nos permite avaliar a capacidade de rastreamento de odor de insetos através de uma plataforma robótica.

Robô controlado por insetos: uma plataforma móvel Robot avaliar a capacidade Odor-tracking de um inseto

Aqui, apresentamos os protocolos de criação de um besouro intermediário de germes, Dermestes maculatus (D. maculatus) no laboratório. Também compartilhamos protocolos de RNAi embrionário e parental e métodos para análise de fenótipos embrionárias para estudar a função de genes nesta espécie.

Criação e Double-stranded mediada por RNA silenciamento de genes na Esconder Beetle, Dermestes maculatus

Desenvolvemos um moinho de voo de baixo custo e pequeno, construído com itens comumente disponíveis e facilmente usado em experimentação. Usando este aparelho, medimos a capacidade de voo de um escaravelho de ambrósia, ornitorrinco quercivorus.

Medir a capacidade de voo do besouro Ambrosia, ornitorrinco Quercivorus (Murayama), usando um baixo custo, pequeno e voo facilmente construído moinho

Medição dos padrões de emergência de insetos requer precisão. Os sistemas existentes são apenas semi-automático e amostra tamanho é limitado. Abordámos a estas questões, criando um sistema usando microcontroladores para medir precisamente o tempo de aparecimento de um grande número de insetos emergentes.

Um sistema autónomo e preciso para a detecção de padrões de emergência de insetos

As fábricas de voo são ferramentas importantes para comparar como idade, sexo, status de acasalamento, temperatura ou vários outros fatores podem influenciar o comportamentodevoo de um inseto. Aqui descrevemos protocolos para amarrar e medir a propensão de vôo e desempenho do entoinho de milho ocidental diferentes tratamentos.

Usando flight mills para medir a propensão de vôo e desempenho do west corn rootworm, diabrotica virgifera virgifera (LeConte)

Fornecemos um protocolo detalhado para criação, microinjeção de ovos e para a acasalamento eficiente da célula de fogo Thermobia domestica para gerar e manter cepas mutantes após a edição do genoma.

Microinjeção de Ovos e Acasalamento Eficiente para Edição de Genoma na Thermobia domestica firebrat

Este protocolo usa impressoras tridimensionais (3D) e cortadores a laser encontrados em espaços maker, a fim de criar um design de moinho de voo mais flexível. Usando essa tecnologia, os pesquisadores podem reduzir custos, aumentar a flexibilidade do design e gerar trabalhos reprodutíveis na construção de suas fábricas de voo para estudos de voo de insetos amarrados.

Construindo uma usina de voo aprimorada para o estudo do voo de insetos amarrados

Este estudo introduz protocolos experimentais para um drone bio-híbrido de detecção de odor baseado em antenas de sedamoth. A operação de um dispositivo experimental de eletroantennograma com antenas de sedamoth é apresentada, além da estrutura de um drone bio-híbrido projetado para localização de fonte de odor usando o algoritmo de surto espiral.

Drone bio-híbrido de detecção de odor baseado em eletroantennografia usando antenas de seda para localização de fonte de odor

Aprenda a construir um sistema híbrido inseto-máquina para estimulação elétrica sem fio dos músculos de voo em besouros Mercynorrhina torquata em voo livre. Este método permite investigar a função muscular e a dinâmica do voo.

Insect-máquina Sistema Híbrido: Controle de rádio remoto de um Beetle Livremente Aeronáutica (

Explorar mais vídeos