Etiquetas de radar harmônico para rastreamento de insetos: leves, de baixo custo e acessíveis

O uso de dispositivos de rastreamento para seguir os movimentos dos animais tem sido uma abordagem padrão para estudar o comportamento e a ecologia dos vertebrados. No entanto, até há relativamente pouco tempo, esses métodos de rastreamento não estavam disponíveis para os entomologistas devido ao tamanho e massa proibitivamente grandes dos dispositivos de rastreamento que devem ser conectados. A tecnologia fornecida para rastreamento de insetos inclui radiotelemetria, Bluetooth, RFID e radar harmônico.

Destes, a radiotelemetria é o método mais usado para rastrear insetos maiores. Ele oferece maior alcance de detecção e sinais exclusivos para cada inseto rastreado, mas requer etiquetas caras que têm vida útil e de campo limitadas e são pesadas, geralmente pelo menos 150 miligramas. Por outro lado, as etiquetas de radar harmônicas são mais leves em pelo menos uma ordem de magnitude, baratas e têm faixas de detecção que permitem o rastreamento de campo de muitos insetos menores.

O radar harmônico usa um transceptor que emite um sinal que energiza a etiqueta transportada pelo inseto e recebe o sinal de retorno com frequência duplicada enviado pela etiqueta. Demonstraremos como fabricar dois tamanhos de etiquetas de radar harmônicas, cada uma construída com um diodo Schottky e fio de nitinol. O fio de nitinol é um componente crítico do projeto, pois é flexível, permitindo assim um movimento relativamente livre de um inseto marcado e retorna facilmente a uma orientação reta, permitindo o máximo retorno do sinal.

Também demonstraremos o uso de um transceptor pronto para uso comercializado para resgate no interior. Juntos, etiquetas baratas e transceptores prontos para uso tornam essa técnica de rastreamento de insetos altamente acessível para entomologistas que desejam estudar o comportamento e a ecologia dos insetos. Abordaremos a criação de etiquetas, anexando etiquetas a insetos, rastreando esses insetos marcados e forneceremos alguns resultados de rastreamento representativos.

Aqui estão os materiais necessários para fazer suas etiquetas, os dois fios diferentes e os diferentes tamanhos de diodos, bem como uma variedade de materiais condutores. Em nossa experiência, descobrimos que o epóxi de prata é o método mais forte e eficaz, mas outros também podem ser usados. Aqui você pode ver as diferentes espessuras de fio de nitinol usado em etiquetas pequenas e grandes, respectivamente.

Aqui estão os dois tamanhos diferentes de diodos que usaremos para nossas etiquetas. Estas são as ferramentas que você precisará para montar suas tags. Os gabaritos impressos em 3D serão usados para corte de fio e montagem de etiquetas.

Observe o documento anexado para os designs de impressão 3D. Primeiro, mostraremos a montagem das tags grandes. Um componente crítico do conjunto da etiqueta é ter o comprimento correto da antena, 8,25 centímetros para a etiqueta grande.

O gabarito de medição é usado para cortar os fios de forma fácil e reprodutível no comprimento desejado. Primeiro, prendemos o fio no gabarito, enrolamos o fio ao redor do gabarito, mantendo uma leve tensão, e cortamos os fios no canal conforme mostrado. Antes de remover cuidadosamente os fios do cilindro.

Para preparar os diodos para fixação do fio, prenda a embalagem do diodo ao microscópio. Puxe a tampa para trás e remova os diodos com fita dupla-face, enquanto os diodos estão na orientação correta com os contatos voltados para cima para facilitar a ligação da antena. Uma fita fixada no gabarito.

Coloque o cartão paralelo aos diodos de cada lado e alise as bordas para evitar que a antena grude na fita. Alinhe o fio próximo ao diodo na preparação da fixação e, sob um microscópio, posicione os fios de forma que toquem um único contato elétrico. É importante que eles não toquem em ambos.

Aplique material condutor em cada contato, garantindo a cobertura do ponto de contato e do fio. Tenha cuidado para não espalhar o material condutor entre cada contato. Reaplique o material condutor conforme necessário para prender cada fio e garantir a condutividade elétrica.

A seguir, mostraremos a fabricação da pequena etiqueta que usa comprimentos de fio de nitinol de 4,1 centímetros. Prenda o fio ao gabarito com a fita, tomando cuidado para não sobrecarregar o fio. Enrole o fio ao redor do gabarito.

E corte o fio ao longo da ranhura. Lembre-se de que cada etiqueta requer dois segmentos desse fio. Para preparar diodos para fixação, coloque fita dupla-face no gabarito.

Transfira os diodos para a fita, mantendo um espaço apropriado entre os diodos. No escopo, certifique-se de que os contatos estejam voltados para cima para facilitar o alinhamento do fio e do diodo. Realinhe-os conforme necessário e certifique-se de que estejam pressionados na fita para evitar movimento.

Coloque fita de face única ao longo dos diodos para elevar o fio no nível do contato e evitar que o fio grude na fita subjacente. Alise a fita e coloque os fios nas proximidades gerais do diodo. Sob o osciloscópio, coloque o fio nos pontos de contato com cuidado para evitar a sobreposição do fio.

Idealmente, seu alinhamento deve ser assim. Em seguida, aplique o material condutor no contato e no fio e certifique-se de que o material condutor não flua junto e inunde o plano do diodo. Aqui está a aparência da sua etiqueta após o tempo de cura apropriado designado pelas instruções para o material condutor de sua escolha.

Aqui você pode ver a etiqueta grande e pequena. A seguir, demonstraremos como anexar uma etiqueta grande a um inseto usando o besouro longhorn de Queensland como exemplo. Existem vários materiais que você usará para prender etiquetas aos insetos.

Estaremos demonstrando a fixação usando adesivos curados por UV. Dois outros adesivos comumente usados são cianoacrilatos ou colas frias. Primeiro, prenda o besouro para facilitar o acesso ao local de fixação.

Aplique uma gota de adesivo no local de fixação. Oriente o tag e coloque o diodo com os contatos elétricos voltados para baixo no tórax. Quando estiver satisfeito com a posição da etiqueta, cure a cola usando uma luz ultravioleta em vários ângulos diferentes por um total de 5 a 10 segundos.

A seguir, demonstraremos a fixação de pequenas etiquetas usando moscas-das-frutas Tephritid. As etiquetas menores destinam-se ao uso com insetos médios ou pequenos. Demonstraremos a fixação de etiquetas com a mosca do melão e a mosca da fruta do Mediterrâneo.

Certifique-se de anestesiar suas moscas a quatro graus centígrados. Dispense uma gota de cola e mergulhe a etiqueta no adesivo UV. Certifique-se de rolar o diodo na cola para garantir a cobertura total.

Tenha cuidado para evitar que o excesso de adesivo se prenda ao fio. Prenda o inseto entre o polegar e o indicador para apresentar o local de fixação. Oriente a etiqueta e coloque-a longitudinalmente no lado dorsal do tórax da mosca.

Mova a etiqueta para frente e para trás para espalhar o adesivo e garantir uma conexão segura. Novamente, quando estiver satisfeito com a colocação da etiqueta, catalise o adesivo usando uma luz ultravioleta. Agora mostraremos o processo de marcação novamente.

Se esse processo for conduzido em campo, você precisará excluir o excesso de luz ultravioleta para evitar que a cola endureça antes de ficar satisfeito com a posição do diodo. O resfriamento de insetos no campo pode ser feito com gelo em vez de colocá-los em uma câmara fria. Novamente, ao curar com luz ultravioleta, cure de vários ângulos para garantir uma forte fixação.

Finalmente, demonstraremos a fixação de etiquetas com a mosca da fruta do Mediterrâneo ao microscópio. Coloque a etiqueta na superfície dorsal do tórax e cure-a com luz ultravioleta. Aqui vemos exemplos do anexo de postagem de inseto marcado.

Observe que a posição da etiqueta impede a remoção pelos esforços de limpeza de insetos e parece facilitar o vôo equilibrado. Com moscas, descobrimos que uma fixação transversal perto do centro de massa parece levar à inibição do vôo, potencialmente desequilibrando a mosca. É importante testar minuciosamente a capacidade de vôo do acessório de etiqueta de inseto.

Normalmente, isso é feito testando em um tubo de voo. Aqui mostramos decolagens representativas demonstrando que as moscas são capazes de voar. Observe que as moscas se movem livremente e parecem geralmente livres da etiqueta.

A seguir, demonstraremos a marca grande em operação. Observe o som que o transceptor faz quando alinhado com a tag. E aqui você pode ver o besouro com a etiqueta anexada.

A seguir, demonstraremos o alcance da tag grande. Um sinal forte pode ser detectado a cerca de 30 metros. A distância máxima é de cerca de 60 metros.

Tags pequenas têm um alcance muito menor. Um sinal forte pode ser detectado a cerca de 10 metros. A intensidade do sinal também é afetada pela orientação do transceptor para a etiqueta.

Quando a etiqueta e o transceptor estão alinhados, obtemos nosso sinal máximo. No entanto, gire o transceptor em 90 graus e agora a etiqueta e o transceptor estão desalinhados e obtemos sinal fraco ou inexistente. O alcance de detecção e o tamanho da etiqueta são provavelmente as duas características mais importantes das etiquetas de rastreamento de insetos.

Aqui mostramos resultados representativos para o alcance máximo de detecção das etiquetas grandes e pequenas fabricadas neste vídeo. 10 etiquetas de cada tamanho foram testadas em campo aberto. O desalinhamento da etiqueta e do transceptor, juntamente com a interferência da vegetação, geralmente reduz o alcance de detecção em condições de campo.

Em nossa experiência, assumimos uma distância de detecção de aproximadamente 10 metros para etiquetas maiores e cinco metros para marcas menores ao trabalhar em plantações de árvores ou campos. Por fim, gostaríamos de compartilhar os resultados de um estudo de rastreamento representativo com o QLB. O objetivo deste estudo foi investigar o movimento do besouro longhorn de Queensland, pois pouco se sabe sobre onde os besouros adultos passam o tempo no ambiente.

Como os besouros são enigmáticos, é bastante difícil localizá-los no ambiente sem uma técnica de rastreamento, como o radar harmônico. Este estudo foi realizado em um povoamento de árvores kukui na Ilha Grande do Havaí. Vários besouros foram marcados e soltos durante o curso deste estudo.

Este é um exemplo do caminho percorrido por um besouro ao longo de cinco dias. Observe que o besouro foi rastreado para vários tipos de locais, incluindo o alto das árvores kukui e das folhas mortas. Este foi um achado importante deste estudo.

O QLB pode ser altamente enigmático e os agricultores costumavam perguntar onde os besouros estavam escondidos ao redor das árvores. Ao rastrear o QLB individual, pudemos determinar que os besouros costumavam ficar escondidos nas folhas secas, tornando-os difíceis de detectar. Neste protocolo, demonstramos como fabricar dois tamanhos de tags de radar harmônicas.

Além disso, mostramos como anexar essas etiquetas a insetos usando adesivos curados por UV e demonstramos o alcance de detecção do sinal. Este protocolo foi refinado para permitir a fabricação simplificada de muitas etiquetas de RH de baixo custo com o mínimo de equipamento de laboratório especializado. Além disso, o protocolo deve ser acessível a pesquisadores com experiência na manipulação de objetos sob um escopo de dissecação.

Recomendamos começar com etiquetas maiores para desenvolver habilidades na manipulação dos diodos e na aplicação do adesivo condutor antes de tentar fazer etiquetas menores. Obrigado por assistir e esperamos que este vídeo tenha sido útil. Sinta-se à vontade para entrar em contato conosco se tiver dúvidas.