Насекомое-машина гибридная система: Пульт дистанционного управления Радио свободно Полет Жук ( Mercynorrhina torquata)

В этом видео описан процесс создания гибридной системы насекомое-машина для беспроводной электрической стимуляции летательных мышц свободно летающего насекомого. Этот метод может помочь ответить на ключевой вопрос в области исследований насекомых, такой как функция летной мышцы насекомого в полете. Основное преимущество этой методики заключается в том, что мы можем исследовать влияние активации специальной летательной мышцы на полет трех разных насекомых с помощью крошечного дистанционного стимулятора.

С помощью этого метода мы получаем своего рода представление о функции мышц мухи у жуков. Его также можно применять к другим насекомым или другим группам мышц, например, в ноге или антенне. Для начала проверьте способность жуков летать, чтобы определить тех, кто подходит для экспериментов.

Выберите жука и аккуратно подбросьте его на воздух в большое закрытое помещение. Чтобы поймать жука, достаточно сделать помещение темным, что приведет к тому, что он перестанет летать. Если жук летает более 10 секунд в пяти последовательных попытках, то его можно использовать для эксперимента.

Для начала обезболите жука с помощью камеры с углекислым газом. Оставьте его там на минуту. Затем размягчите немного зубного воска в горячей воде в течение 10 секунд.

Затем поместите обезболенного жука на деревянный брусок и обездвижьте его воском. Затем разрежьте изолированный серебряный провод на 25 миллиметров, чтобы он работал как электроды. С обоих концов обнажите три миллиметра оголенной серебряной проволоки с помощью пламени.

Теперь рассеките верхнюю поверхность кутикулы жука ножницами с тонким концом, чтобы создать небольшое окошко размером четыре на четыре миллиметра в метэпистернуме, обнажив мягкую коричневую кутикулу под ним. Прямо под кутикулой находится мышца 3AX. Далее с помощью булавки от насекомых с двойным зеро проколите два отверстия в коричневой кутикуле на расстоянии двух миллиметров друг от друга.

Затем вставьте проволочный электрод через каждое отверстие и в каждую мышцу 3AX. Проникните в каждую проволоку на три миллиметра внутрь ткани. Любая ошибка в этом процессе может привести к длительной реакции или мышечному дефициту, поэтому тщательно определите интересующую мышцу и точно имплантируйте электрод.

Теперь закрепите электроды с помощью пчелиного воска, чтобы избежать контактов и короткого замыкания. При необходимости осушите кутикулу пчелиным воском, переплавив ее паяльником. Теперь, чтобы проверить, правильно ли проведена имплантация, поднимите электру жука, чтобы наблюдать за движением мышцы 3AX, стимулируя ее электродом.

Подробная информация об устройстве рюкзака предоставлена в текстовом протоколе. Чтобы прикрепить его, сначала очистите слой воска от поверхности переднеспинки с помощью двустороннего скотча. Затем прикрепите рюкзак с помощью двустороннего скотча.

Далее соедините концы имплантированных электродов с выходами рюкзака. Затем оберните микробатарею светоотражающей лентой и прикрепите ее к верхней части рюкзака с помощью двустороннего скотча. Убедитесь, что терминалы доступны.

Эта батарея, обернутая скотчем, будет работать как маркер для камер захвата движения. Беспроводная система управления включает в себя приемник для пульта дистанционного управления, портативный компьютер для запуска пользовательского программного обеспечения для управления полетом, базовую станцию, рюкзак и систему захвата движения. Сначала подключите базовую станцию и приемник пульта дистанционного управления к ноутбуку с помощью USB-соединений.

Затем включите систему захвата движения и подключите ее к ноутбуку через порт Ethernet. Теперь в программном обеспечении выполните объемную калибровку с помощью калибровочной трубки, поставляемой производителем. В программном обеспечении щелкните и перетащите, чтобы выбрать все камеры в системном меню панели ресурсов.

Затем нажмите на меню «3D-перспектива» и выберите «Камера», чтобы переключиться на вид камеры. Затем перейдите на вкладку «Камера» на панели «Инструменты», чтобы отобразить настройку калибровки, и выберите «Пуск» в меню «Создание масок камер», чтобы устранить шум от камер. Как только шум будет замаскирован, показан синим цветом, остановите процесс.

Теперь в меню Палочка выберите 5 Маркерная палочка L-образная рамка. Затем перейдите в меню L-Frame на вкладке «Камера» и проделайте то же самое. Далее установите количество палочек на 2500.

Затем нажмите «Пуск» в меню «Калибровка камер» и проведите калибровочной палочкой по всему пространству захвата движения. Процесс калибровки останавливается, когда количество палочек достигает 2500. После калибровки положите палочку на пол в центре пространства для захвата движения.

Затем нажмите «Пуск» в меню «Установить источник громкости», чтобы установить начало координат пространства захвата движения. Затем запустите тест, щелкнув вкладку «Захват» на панели «Инструменты», а затем выбрав «Пуск» в меню «Захват». Теперь проверьте, что система работает, записывая траекторию движения маркера, когда пользователь машет им.

Чтобы проверить качество записи, нажмите «Запускает конвейер восстановления», чтобы восстановить положение маркера и проверить качество записи. Если маркер теряется на расстояниях, превышающих 200 миллиметров, выполните повторную калибровку системы. Теперь проверьте, что система на жуке работает.

Подключите клеммы микробатареи к контактам питания рюкзака. Затем нажмите команду «Пуск» в программном обеспечении и проверьте отображаемое состояние подключения. Если он регистрируется, то теперь можно провести эксперимент по свободному полету.

Проведите эксперимент по свободному полету на арене полета. В этом примере арена имеет размеры 16 на восемь на четыре кубических метра, при этом часть арены находится за пределами зоны отслеживания движения. В полетном программном обеспечении введите соответствующие параметры, включая напряжение, длительность импульса, частоту и продолжительность стимуляции.

Теперь выпустите жука, установленного на рюкзаке, на арену полета и подождите, пока жук войдет в пространство захвата движения, чтобы вручную запустить стимуляцию. Нажмите соответствующую командную кнопку на пульте дистанционного управления, чтобы стимулировать целевую мышцу с левой или правой стороны жука, и наблюдайте за реакцией жука. Позже реконструируйте данные с помощью программного обеспечения для 3D-графиков.

Выберите одно из испытаний, записанных в списке данных в окне отображения жука, и нажмите кнопку Экспорт Panda, чтобы скопировать данные этого испытания в папку Анализ. В программном обеспечении для построения графиков нажмите клавишу N на клавиатуре, чтобы объединить сигнал стимула с записанной траекторией. Нажмите I, чтобы показать траекторию движения жука с выделенными периодами стимуляции.

Было обнаружено, что активация мышцы 3AX вызывает уменьшение амплитуды взмаха крыла ипсилатеральной стороны, что приводит к тому, что жук выполняет ипсилатеральный поворот в свободном полете. Скорость вращения жука затем оценивалась как функция частоты стимуляции. Обратите внимание, что частота стимуляции мышцы правой стороны точно согласована со степенью поворота в правую сторону.

После освоения этой техники ее можно выполнить за 20 минут, если она выполнена правильно. Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о правильной идентификации мышцы и правильном расположении имплантата, чтобы не изолировать его дом. После этой процедуры, мышца автополета лежит надугольная мышца или базулярная мышца, может быть стимулирована для выработки различного поведения насекомого.

После своего развития этот метод открывает путь для исследователей в области исследований, связанных с насекомыми, чтобы изучить функцию их летательных мышц 3D-летающих насекомых.