Neuroscience

الحشرات آلة النظام الهجين: التحكم عن بعد راديو سيارة بيتل الطائر بحرية ( Published: September 2, 2016 doi: 10.3791/54260

DOI

Automatic Translation

English (Original)
العربية (Arabic)
中文 (Chinese)
dansk (Danish)
Nederlands (Dutch)
français (French)
Deutsch (German)
עברית (Hebrew)
हिंदी (Hindi)
italiano (Italian)
日本語 (Japanese)
한국어 (Korean)
norsk (Norwegian)
português (Portugese)
русский (Russian)
español (Spanish)
svenska (Swedish)
Türkçe (Turkish)

T. Thang Vo Doan¹, Hirotaka Sato¹

¹School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University

Abstract

ودفع ارتفاع الأجهزة الإلكترونية الرقمية تمكين الراديو استخدام مسجلات العصبي العضلي لاسلكية صغيرة والتحفيز والتشجيع لدراسة سلوك الحشرات على متن الطائرة. وتمكن هذه التكنولوجيا في تطوير نظام هجين الحشرات الجهاز باستخدام منصة الحشرات الحية وصفها في هذا البروتوكول. وعلاوة على ذلك، يقدم هذا البروتوكول تكوين النظام وهروب الإجراءات التجريبية المجانية لتقييم وظيفة عضلات الطيران في حشرة غير المربوطة. للتظاهر، ونحن استهدفت الثالثة العضلات إبطي sclerite (3AX) للسيطرة وتحقيق تحول إلى اليسار أو اليمين من خنفساء الطيران. وقد زرع رقيقة سلك كهربائي الفضة على العضلات 3AX على كل جانب من خنفساء. هذه كانت موصولة إلى مخرجات على ظهره لاسلكي (أي مشجعا الكهربائي العضلي العصبي) التي شنت على pronotum الخنفساء. وحفز العضلات في رحلة مجانية بالتناوب الجانب التحفيز (اليمين أو اليسار) أو متفاوتة stimulatioتردد ن. تحولت خنفساء إلى الجانب المماثل عندما تم تحفيز العضلات وأظهرت استجابة متدرجة إلى تردد متزايد. عملية زرع ومعايرة حجم الحركة نظام التقاط الكاميرا الأبعاد 3 تحتاج إلى أن تنفذ بعناية لتجنب إتلاف العضلات وفقدان مسار علامة، على التوالي. هذا الأسلوب هو مفيد للغاية لدراسة طيران الحشرات، كما أنه يساعد على الكشف عن وظائف عضلات الطيران من الفائدة في رحلة مجانية.

Protocol

1. دراسة الحيوان

الخلفية الفردية الخنافس torquata Mecynorrhina (6 سم، 8 غ) في حاويات بلاستيكية منفصلة مع أغطية فراش الخشب بيليه.
إطعام كل خنفساء كوب من هلام السكر (12 مل) كل 3 أيام.
الحفاظ على درجة الحرارة والرطوبة من الغرفة تربية عند 25 درجة مئوية و 60٪ على التوالي.
اختبار القدرة رحلة كل خنفساء قبل زرع أقطاب كهربائية سلك رقيقة.
1. رمي بلطف خنفساء في الهواء. إذا كانت خنفساء يمكن أن تطير لمدة أطول من 10 ثانية لمدة 5 محاكمات متتالية، نستنتج أن خنفساء لديها قدرات رحلة منتظمة وتوظيف ذلك لإجراء التجارب رحلة لاحقة. لاستعادة خنفساء، إيقاف جميع الأضواء في الغرفة لجعلها الظلام. يؤدي هذا خنفساء لإنهاء الرحلة.
  ملاحظة: خنفساء يبدأ من تلقاء أنفسهم أن يطير بعيدا عندما تطلق في الهواء. فمن الأفضل لإجراء تجارب الطيران في غرفة مغلقة كبيرة مثل واحد هو مبين في الشكل رقم 1 (16 × 8 × 4 م 3)، وتحلق التحركات خنفساء سريع جدا (حوالي 3-5 م / ثانية) وتوجه أقواس كبيرة عندما تحول في الهواء.

2. الكهربائي زرع

تخدير خنفساء عن طريق وضعها في وعاء من البلاستيك مليئة CO ₂ لمدة 1 دقيقة ^{13،16،20-24.}
تليين الشمع الأسنان عن طريق غمس في الماء الساخن لمدة 10 ثانية. وضع خنفساء تخدير على كتلة خشبية وتعطيلها مع الشمع الأسنان اللين. الشمع الأسنان بشكل طبيعي يبرد ويتصلب في غضون بضع دقائق.
قطع معزول أسلاك الفضة (127 ميكرون قطرها العارية، 178 ميكرون قطر عندما المغلفة مع perfluoroalkoxy) في أطوال 25 ملم لاستخدام أقطاب كهربائية سلك رقيقة لزرع.
فضح 3 ملم من الفضة العارية التي كتبها المشتعلة عازل على طرفي كل سلك.
تشريح السطح العلوي للبشرة الخنفساء باستخدام مقص الجميلة ذات الرؤوس لخلق SMAنافذة ليرة لبنانية من حوالي 4 × 4 ملم على metepisternum (الشكل 2C). ملاحظة: ثم يتعرض لبشرة ناعمة البني اللون، كما هو مبين في أرقام 2C - ه. يقع عضلة 3AX تحت بشرة ناعمة.
بيرس اثنين من الثقوب على بشرة سمراء يتعرض باستخدام دبوس الحشرات (حجم 00) مع مسافة 2 مم بين اثنين من الثقوب (الشكل 2D).
إدراج قطبين الأسلاك (بما في ذلك واحد الأقطاب الفاعلة وعودة واحدة أعدت في الخطوة 2.4) بعناية من خلال الثقوب وغرسها في كل عضلة 3AX على عمق 3 مم.
تأمين أقطاب كهربائية مزروعة وعقد لهم في المكان لتجنب الاتصال وقصيرة الدوائر من خلال إسقاط شمع العسل المذاب في الثقوب. إذا لزم الأمر، إنحسر شمع النحل على بشرة عن طريق لمس شمع العسل مع غيض من حام الحديد الساخن. شمع النحل بسرعة يتصلب ويعزز الزرع.
ملاحظة: لمعرفة ما اذا كان الزرع هو الصحيح، وelytra من البنجرلو يمكن رفعها لمراقبة حركة العضلات 3AX خلال التحفيز الكهربائي.

3. الجمعية الظهر لاسلكية

ملاحظة: على ظهره يتألف من المدمج في متحكم الراديو على الطبقات متن 4 FR-4 (1.6 X 1.6 سم ^2). وكان الدافع وراء ظهره من قبل microbattery ليثيوم بوليمر (3.7 V، 350 ملغ، 10 ماه). وكانت الكتلة الاجمالية للحقيبة بما في ذلك البطارية 1.2 ± 0.26 جرام وهو أقل من الحمولة من خنفساء (30٪ من 10 غرام من وزن الجسم). ومبرمجة مسبقا على ظهره لتلقي الاتصالات اللاسلكية، وكان اثنين من قنوات الانتاج.

تنظيف السطح pronotum (إزالة طبقة الشمع على بشرة) باستخدام الشريط على الوجهين. ثم، ونعلق على ظهره على pronotum من خنفساء مع قطعة من الشريط على الوجهين.
قم بتوصيل طرفي زرع أقطاب كهربائية إلى مخرجات ظهره.
التفاف الشريط عاكسة حول microbattery لإنتاج علامة FOص الكاميرات التقاط الحركة للكشف.
إرفاق microbattery إلى الجزء العلوي من الظهر باستخدام قطعة من الشريط على الوجهين بحيث يمكن الكشف عن شريط عاكسة بواسطة كاميرات التقاط الحركة.

4. نظام التحكم اللاسلكي

ملاحظة: في هذه الحالة، ويشمل نظام تحكم لاسلكي المدى جهاز استقبال للتحكم عن بعد، جهاز كمبيوتر محمول لتشغيل برامج مخصصة للتحكم في الطيران، ومحطة قاعدة، وعلى ظهره، ونظام التقاط الحركة.

ربط محطة قاعدة وجهاز استقبال للتحكم عن بعد لجهاز الكمبيوتر المحمول عن طريق منافذ USB.
التبديل على نظام التقاط الحركة وتوصيله إلى جهاز الكمبيوتر المحمول عن طريق منفذ إيثرنت.
أداء المعايرة حجم من خلال التلويح عصا معايرة (التي تقدمها الشركة بمورد نظام التقاط الحركة) لتغطية كامل مساحة التقاط الحركة.
1. فتح البرنامج التقاط الحركة من سطح المكتب للكمبيوتر محمول. انقر والدكتورآغ لتحديد كافة الكاميرات على القائمة "النظام" لوحة "الموارد".
2. انقر على قائمة "منظور 3D" وحدد "كاميرا" لتغيير عرض الكاميرا. انقر فوق علامة التبويب "الكاميرا" على لوحة "أدوات" لإظهار الإعداد المعايرة. انقر على "ابدأ" في القائمة "إنشاء أقنعة كاميرا" للقضاء على الضوضاء من الكاميرات وثم "إيقاف" بعد حجب الضوضاء في الزرقاء.
3. فوق وحدد "5 ماركر العصا & L-الإطار" من القائمة "العصا" و "L-الإطار" القائمة على علامة التبويب "الكاميرا". تعيين "عدد العصا" ل2500، انقر على "ابدأ" في القائمة "معايرة كاميرات"، وتلويح عصا المعايرة من خلال الفضاء التقاط الحركة بأكمله. توقف عملية المعايرة عندما يصل العد عصا 2500.
4. تكرار عملية المعايرة إذا الخطأ الصورة (في الجزء السفلي من "الكاميرا" علامة التبويب لوحة "أدوات") هي أعلى من 0.3 وأو أي كاميرا. بعد معايرة، ووضع عصا على الأرض في منتصف الفضاء التقاط الحركة وانقر على "ابدأ" في القائمة "تعيين حجم المنشأ" لتعيين أصل مساحة التقاط الحركة.
تحقق تغطية نظام التقاط الحركة باستخدام اختبار وهمية لتسجيل مسار الحركة من علامة لوح من قبل المستخدم في الفضاء التقاط الحركة وتأكيد ما إذا كان يتم الكشف عن علامة وتتبعها. إذا غالبا ما يتم فقدان علامة أثناء الكشف، وتكرار المعايرة حجم حتى ينجح في الاختبار وهمية.
1. انقر فوق علامة التبويب "لقطة" على لوحة "أدوات" ثم "ابدأ" في القائمة "لقطة" قبل التلويح علامة عينة من خلال الفضاء التقاط الحركة بأكمله لتسجيل مساره.
2. بعد التسجيل، انقر على "تشغيل خط أنابيب إعادة إعمار" لإعادة بناء مواقف علامة والتحقق من جودة التسجيل.
ربط محطات للmicrobattery (تعلق على ظهره في الخطوة 3.4) إلى دبابيس السلطة من ظهره.
اختبار الاتصال اللاسلكي بين الكمبيوتر المحمول وظهره باستخدام برامج مخصصة للتحكم في الطيران. انقر على "ابدأ" الأمر على البرنامج والتحقق من حالة الاتصال المعروضة.

تجربة 5. رحلة مجانية

تنفيذ تجربة رحلة مجانية في ساحة الطيران قياس 16 × 8 × 4 م ^3.
إدخال المعلمات المناسبة إلى برنامج التحكم في الطيران (الجهد، وعرض النبضة، والتردد، ومدة التحفيز). ملاحظة: للمظاهرة، ونحن ثابت الجهد إلى 3 V، عرض النبضة إلى 3 ميللي ثانية، ومدة التحفيز إلى 1 ثانية، واختلفت وتيرة 60-100 هرتز.
1. على الشاشة البرمجيات نوع 3 3 V في مربع "الجهد"، 1000 ل1000 ميللي ثانية في مربع "مدة تحفيز" (3)، لمدة 3 مللي في مربع "نبض العرض"، والتردد المطلوب في هرتز في " تردد "مربع سن إطار الأوامر.
الافراج عن خنفساء محمولة على ظهره في الهواء والسماح لها تطير بحرية داخل الساحة الرحلة. يؤدي يدويا التحفيز عندما يدخل خنفساء الفضاء التقاط الحركة. اضغط على الزر المناسب الأوامر (اليسار أو اليمين) على جهاز التحكم عن بعد لتحفيز العضلات المستهدفة على الجانب الأيسر أو الأيمن من خنفساء.
ملاحظة: بمجرد الضغط على الزر، برنامج التحكم في الطيران التي تعمل على الكمبيوتر المحمول يولد الأمر ويرسله إلى ظهره. على ظهره ثم إخراج التحفيز الكهربائي لعضلة من الفائدة (على الجانب الأيسر أو الأيمن).
مراقبة رد فعل الخنفساء في الوقت الحقيقي خلال التحفيز وإعادة بناء البيانات باستخدام برنامج الرسوم البيانية 3D.
1. اختر واحدة من التجارب المسجلة في قائمة البيانات من النافذة "العرض خنفساء"، وانقر فوق "تصدير باندا" لنسخ البيانات من تلك المحاكمة إلى المجلد تحليل وتشغيل وحدة الرسوم البيانية 3D.
2. اضغط على "N" علىلوحة المفاتيح الجمع بين إشارة التحفيز مع مسار المسجلة. أنا اضغط لإظهار مسار خنفساء مع فترات التحفيز تسليط الضوء عليها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويرد الإجراء القطب غرس في الشكل 2 زرعت فضة رقيقة أقطاب الأسلاك في عضلة 3AX الخنفساء من خلال فتحات صغيرة مثقوبة على بشرة ناعمة على (2D أرقام - ه) في العضلات. تم العثور على هذه بشرة ناعمة فقط فوق apodema عضلة basalar بعد إزالة الجزء الأمامي من metepisternum (2D أرقام - ج). وبعد ذلك حصل على أقطاب كهربائية باستخدام شمع العسل (الشكل 2F).

ويبين الشكل 3 إجراءات لبناء نظام هجين الحشرات آلة باستخدام خنفساء سليمة. أرقام 2 و 3B إظهار الطرق لزرع أسلاك معدنية رقيقة (أقطاب التحفيز) في عضلة الفائدة (على سبيل المثال، في الشكل 2، والعضلات 3AX وقد استخدم في هذه الدراسة) وتصاعد على ظهره على pronotum من خنفساء. تم إدراج نهايات خالية من الأسلاك في الثقوب في الموصل العبور على ظهره، التي كانت موصولة كهربائيا إلى دبابيس الإدخال / الإخراج من متحكم متكاملة على ظهره (الشكل 3C). وأخيرا، وشنت microbattery وكابل الطاقة للmicrobattery كان متصلا الثقوب في الموصل العبور المؤدية إلى محطات الأرض والعرض الإيجابي للمتحكم.

يظهر نظام التحكم اللاسلكي في الشكل (4)، وعندما يضغط المستخدم زر أمر على وحدة تحكم عن بعد (الشكل 4C)، وبرنامج التحكم في الطيران في جهاز كمبيوتر محمول (الشكل 4D) يولد ويرسل لاسلكيا الأمر إلى ظهره عن طريق قاعدة محطة (الشكل 4B). نظام التقاط الحركة (الشكل 4E) بالكشف عن موقف (X، Y، Z و) من البنجرلو ويمثل ذلك مع طابع زمني. ثم يتم تغذية هذه البيانات إلى جهاز كمبيوتر محمول، وبرنامج التحكم في الطيران مزامنة البيانات مع اشارات التحفيز.

وتظهر نتائج الرقابة بدورها الممثلة في الشكل (5). وعثر على تنشيط عضلة 3AX أن يتسبب في انخفاض في السعة ضربات الجناح من الجانب المماثل ^13، مما أدى إلى خنفساء أداء منعطفا المماثل في رحلة مجانية. أظهر التحفيز الكهربائي للعضلات 3AX له تأثير مماثل لتحول خنفساء إلى الجانب المماثل عندما تم تحفيز العضلات 3AX اليسرى أو اليمنى ^(13). وتصنف معدل تحول خنفساء بوصفها وظيفة من وتيرة التحفيز.

الشكل 1: مجاني ترتيب الساحة الرحلة تم ترتيب الساحة رحلة مجانية إلىقسمين: الفضاء السيطرة (3.5 × 8 × 4 م ³⁾ كانت تستخدم لإقامة عدة غرس (المجهر وتشريح الأدوات) والسيطرة كشك (الكمبيوتر، ومحطة قاعدة لاسلكية، وجهاز تحكم الكاميرا)، في حين أن مساحة التقاط الحركة ( 12.5 × 8 × 4 م ³⁾ كانت مغطاة 20 بالقرب من الأشعة تحت الحمراء كاميرات لتسجيل موقف (X، Y، Z و) الخنفساء. تم تجهيز الساحة رحلة مع 30 لوحات الإضاءة (60 × 60 سم ^2، 48 W) لجعلها مشرقة مثل الظروف النهار أثناء التجربة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: إجراء لزرع قطب كهربائي تم تخدير وخنفساء وثبتوا مع شمع طب الأسنان على كتلة خشبية لإجراء الزرع. (أ - <قوية> ج) نافذة صغيرة افتتح على metepisternum الخنفساء للوصول إلى العضلات 3AX. (د) استخدام دبوس الحشرات، وقد اخترقت اثنين من الثقوب مع مسافة 2 ملم على بشرة الداخلية التي تحمل العضلات 3AX. (ه) تم إدراج الأقطاب في العضلات عبر هذه الثقوب والاحتفاظ بها في مكان مع ملاقط لضمان عدم تداخل الإشارات وقعت بين النصائح. (و - ز) ثم تم إصلاح الأقطاب الكهربائية إلى خنفساء باستخدام شمع العسل الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الرقم 3: إجراء لإنتاج نظام هجين الحشرات آلة باستخدام خنفساء سليمة (أ) تم زرع عضلة الفائدة على خنفساء يعيشون خفة دمالزوج هكتار من الأقطاب الكهربائية سلك الفضة. (ب) بعد تثبيت الأقطاب مع شمع العسل، ونحن شنت على ظهره على pronotum الخنفساء باستخدام الشريط على الوجهين. (ج) تم إدراج نهايات خالية من الأقطاب في مخرجات ظهره والمضمون مع رؤوس micropin. وقد شنت (د) microbattery، التي كانت مغطاة بشريط عاكسة، على ظهره باستخدام الشريط على الوجهين ومتصلا دبابيس السلطة من ظهره. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4: نظام لاسلكي لتجربة رحلة مجانية ويتكون نظام لاسلكي (أ) خنفساء سايبورغ، (ب) محطة قاعدة لاسلكية، (ج (د) كمبيوتر محمول تعمل مع جهاز استقبال البلوتوث في الوتر، و (ه) نظام التقاط الحركة 3D. عندما يضغط المستخدم على زر أمر على جهاز التحكم عن بعد، وبرامج مخصصة للتحكم في الطيران على الكمبيوتر المحمول يرسل الأمر التحفيز لاسلكيا إلى خنفساء سايبورغ عبر محطة قاعدة موصول إلى جهاز الكمبيوتر المحمول عبر منفذ USB. مرة واحدة يحصل على ظهره الأمر، فإنه يقوم بإنشاء إشارة التحفيز الكهربائي الذي يحفز العضلات. في وقت واحد، ويسجل نظام التقاط الحركة تنسق 3D الخنفساء وتغذيهم إلى كمبيوتر محمول للتزامن مع البيانات التحفيز. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5: سلوك beetlالبريد بسبب التحفيز الكهربائي للعضلات 3AX في رحلة مجانية. (أ) تحول خنفساء إلى الجانب المماثل عندما حفز 3AX العضلات إلى اليسار أو اليمين، وكان متدرج حركة تحول بوصفها وظيفة من وتيرة التحفيز. (ب) مسار متعرج من خنفساء الطيران حينما تحفيز العضلات 3AX اليمين أو اليسار في التسلسل. وكانت المعلمات التحفيز اتساع 3 V، وعرض النبضة من 3 ميللي ثانية، وتردد من 60-100 هرتز. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الشكل 6: مقترح مجموعات علامة لتتبع التوجه 3D (لفة، في الملعب، وياو) من خنفساء تكوين باستخدام (أ) ثلاث علامات، (ب) أربعة.علامات، و (ج) خمس علامات. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

عملية زرع أمر مهم، لأنه يؤثر على مصداقية التجربة. يجب أن يتم إدراج الأقطاب في العضلات على عمق 3 مم أو أقل اعتمادا على حجم خنفساء (تجنب الاتصال مع العضلات المجاورة). إذا الأقطاب تلمس العضلات المجاورة، قد تحدث الإجراءات المحرك غير المرغوب فيها والسلوكيات بسبب تقلص العضلات المجاورة. القطبين يجب أن تتماشى بشكل جيد لضمان عدم حدوث دوائر قصيرة. عندما يذوب والإنحسار شمع العسل باستخدام حام الحديد، والتجريبي يجب أن يكون حذرا وحام في أسرع وقت ممكن، حيث أن العضلات يمكن أن تحرق عن طريق الاتصال المطول مع ارتفاع درجات الحرارة، مما يؤدي إلى خلل في العضلات. على الرغم من إزالة إهاب مطلوب للوصول إلى العضلات 3AX، والإدراج وعملية ختم يأخذ أقل من دقيقة واحدة وتمكن من تقليل الأضرار التي لحقت العضلات. أعيد الحشرات إلى غرفة تربية بعد التجارب، ويمكن البقاء على قيد الحياة لتصل إلى 3 أشهر أخرى (نهاية الوقت حياتهم). للحفاظ على الأداء الجيد للخنفساء، ويجب أن تغذى خنفساء وسمح للراحة لمدة 3 إلى 4 ساعات بعد 20 تجربة كل متتالية والحشرة يمكن أن تصبح مرهق بعد عدة متتالية تجارب الطيران (40-50) وقد لا تكون قادرة على فتح جناحيه.

أما بالنسبة لتجربة رحلة مجانية، معايرة الصوت لنظام التقاط الحركة ضرورية، كما أنه يؤثر على دقة مسار تتبع. ومن المهم أن تعبئة الرأي الكاميرات "الكامل للموجات عصا معايرة مع وجود خطأ صورة أقل من 0.3 لجميع الكاميرات للحفاظ على دقة النظام تتبع الحركة. وبالإضافة إلى ذلك، يجب على سطح علامة تكون نظيفة، أو نظام التقاط الحركة 3D قد يغيب في كثير من الأحيان علامة. بعد المعايرة، ينبغي إجراء اختبار وهمية من خلال التلويح البطارية ملفوفة بشريط عاكسة في حجم محدد للتحقق من تغطية نظام التقاط الحركة. للاختباروتتبع الحركة بدقة، قمنا بقياس المسافة من اثنين من علامات تتحرك في الساحة الرحلة. تم إصلاح علامات على لوحة الكرتون مع مسافة 200 مم إلى بعضها البعض. تم نقل المجلس في الساحة الرحلة بأكملها للحصول على وظائف مختلفة من علامات اثنين. ثم تم حساب الانحراف المعياري لتكون 1.3 ملم (ن = 3000).

مرفق اختبار رحلة مجانية (الشكلان 1 و 4) يسمح لنا لمتابعة الموقف (X، Y، Z و) من حشرة طائرة جنبا إلى جنب مع طابع زمني. منذ يرد سوى علامة واحدة للخنفساء ونظام التقاط الحركة 3D يكتشف إلا أن علامة، يتم التعامل مع خنفساء كما جسيم أو نقطة الجماعية. على هذا النحو، وبيانات من خنفساء تحلق لديه معلومات الموضعية ولكن يفتقر إلى التوجه. لذلك، تحليل الحركية من البيانات الموضعية للخنفساء لا يوفر سوى سرعة متعدية والتسارع على طول X، Y، Z ومحاور دون السرعة الزاوية أو التسارع الزاوي في تناوب حول المحاور ياو، في الملعب، ولفة. علامات متعددة ثابتة على خنفساء (مثل واحد هو مبين في الشكل 6) يجب أن تستخدم لنظام التقاط الحركة 3D لعلاج حشرة طائرة كهيئة جامدة والتناوب سجل والبيانات الترجمة. ومع ذلك، يجب على التجريبي تأخذ علما مساهمة هذه علامات لحركية خنفساء الطيران، لأن علامة ليست قطعة صغيرة من الشريط ولكن يجب أن تكون كبيرة بما يكفي لتحديدها عن طريق نظام الكاميرا مع فقدان الحد الأدنى من تتبع. مثل هذا الترتيب والحجز على علامات متعددة قد تزيد إلى حد كبير كتلته وعزم القصور الذاتي ^25. الى جانب ذلك، حجم الساحة رحلة يمكن تعيين كبيرة بقدر الإمكان ضمن نطاق تغطية نظام تتبع الحركة للحد من القيود على سلوك رحلة خالية من خنفساء. لهذه الورقة، يتم تعريف يستند حجم الساحة رحلة على تغطية الحد الأقصى من نظام التقاط حركة (12.5 × 8 × 4 م ^3).

معشوقة = "jove_content"> الاحتمالات المختلفة الموجودة لتعديل هذه التقنية جنبا إلى جنب مع زيادة عدد العلامات لتسجيل اتجاه الحشرة على النحو المذكور أعلاه. تحفيز عضلات مختلفة في رحلة مجانية يمكن أن تنتج سلوكيات مختلفة، على سبيل المثال، والعضلات basalar لمنعطفا المقابل ⁷ و العضلات 3AX لبدورها المماثل ^13. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن أجزاء معينة من الجهاز العصبي للحشرة تحفز ردود الأفعال المختلفة. تحفيز الفص البصري يمكن أن تحفز بدء رحلة ^7، في حين أن التحفيز من الهوائيات يمكن أن تحفز تحول المقابل في حشرة المشي ^12. وعلاوة على ذلك، يمكننا تغيير وظيفة على ظهره من كونه مشجعا الكهربائية لمسجل الكهربائي لتسجيل أنشطة حشرة خلال السلوك الطبيعي ^3،26.

ساعد التحفيز رحلة خالية من خنفساء للكشف والتأكد من الوظيفة الطبيعية للعضلات 3AX التي كتبها enabliالملاحظات نانوغرام من رد فعل فوري من حشرة تتحرك بحرية في الهواء. هذه المعلومات ليست متوفرة في ظل ظروف المربوطة ^{11،13،27-30.} يتم تقييد سلوك حشرة في ظل ظروف المربوطة وقد تكون مختلفة عن تلك في رحلة مجانية، مما قد يؤدي إلى فهم صحيح للسلوك الحشرات. وهكذا، وتحفيز رحلة مجانية باستخدام هذه التقنية هي أداة قوية للتحقق من صحة الفرضيات المستمدة من التجارب المربوطة. وعلاوة على ذلك، وهو نظام هجين الحشرات آلة متفوقة على اصطناعية الحالي ترفرف الروبوتات من حيث القدرات قاطرة واستهلاك الطاقة ^{13،17،31،32.}

الأنظمة الهجينة الحشرات الجهاز قد يحل محل الروبوتات الصناعية في المستقبل لأنها ترث بنية معقدة ومرونة وقدرات قاطرة من الحشرات الحية وتقليل وقت الإنتاج من عملية التصنيع. يمكن مختلف القدرات قاطرة يساعد نظام الحشرات الجهاز الهجين لتشغيل أكثركفاءة في أماكن مقيدة التي تنطوي على مزيج من المشي والطيران، وعلى سبيل المثال، في عمليات الانقاذ. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظم الهجين الحشرات آلة يحتمل أن تستخدم كأداة لمكافحة الحشرات في الزراعة لأنها قد تكون قادرة على الذوبان في مستعمرات الحشرات الطبيعية وتساعد في السيطرة على أنشطتها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Mecynorrhina torquata beetle	Kingdom of Beetle Taiwan		10 g, 8 cm, pay load capacity is 30% of the body mass Aproval of importing and using by Agri-Food and Veterinary Authority of Singapore (AVA; HS code: 01069000, product code: ALV002).
Wireless backpack stimulator	Custom		TI CC2431 micocontroler The board is custom made based on the GINA board from Prof. Kris Pister’s lab. The layout of GINA board can be found at https://openwsn.atlassian.net/wiki/display/OW/GINA
Wii Remote control	Nintendo		Bluetooth remote control to send the command to the operator laptop
BeetleCommander v1.8	Custom. Maharbiz group at UC Berkeley and Sato group at NTU		Establish the wireless communication of the backpack and the operator laptop. Configure the stimulus parameters and log the positional data. Visualize the flight data.
GINA base station	Kris Pister group at UC Berkeley		TI MSP430F2618 and AT86RF231
Motion capture system	VICON	T160	8 cameras for a flight arena of 12.5 m x 8 m x 4 m
Motion capture system	VICON	T40s	12 cameras for a flight arena of 12.5 x 8 x 4 m
Micro battery	Fullriver	201013HS10C	3.7V, 10 mAh
Retro reflective tape	Reflexite	V92-1549-010150	V92 reflective tape, silver color
PFA-Insulated Silver Wire	A-M systems	786000	127 µm bare, 177.8 µm coated, 3 mm bare silver flame exposed at tips
SMT Micro Header	SAMTEC	FTSH-110-01-L-DV	0.3 mm x 6 mm, bend to make a 3 mm long slider to secure the electrode into the PCB header.
Beeswax			Secure the electrodes
Dental Wax	Vertex		Immobilize the beetle
Insect pin	ROBOZ	RS-6082-30	Size 00; 0.3 mm Rod diameter; 0.03 mm tip width; 38 mm Length Make electrode guiding holes on cuticle
Tweezers	DUMONT	RS-5015	Pattern #5; .05 mm x .01 mm Tip Size; 110 mm Length Dissecting and implantation
Scissors	ROBOZ	RS-5620	Vannas Micro Dissecting Spring Scissors; Straight; 3mm Cutting Edge; 0.1 mm Tip Width; 3" Overall Length Dissecting and implantation
Potable soldering iron	DAIYO	DS241	Reflow beeswax
Hotplate	CORNING	PC-400D	Melting beeswax and dental wax
Flourescent lamp	Philips	TL5 14W	Light the entire flight arena with 30 panels (60 x 60 cm²). Each panel has 3 lamps. 14 W, 549 mm x 17 mm

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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