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Neuroscience

कीट-मशीन हाइब्रिड सिस्टम: एक आज़ादी से उड़ान बीटल का रिमोट रेडियो नियंत्रण ( Published: September 2, 2016 doi: 10.3791/54260
Automatic Translation
1, 1
1School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University

Abstract

रेडियो-सक्षम डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के उदय में उड़ान कीट व्यवहार के अध्ययन के लिए छोटे से वायरलेस neuromuscular रिकार्डर और stimulators के उपयोग के लिये कहा गया है। इस तकनीक का एक कीट-मशीन संकर इस प्रोटोकॉल में वर्णित एक जीवित कीट मंच का उपयोग कर प्रणाली के विकास के लिए सक्षम बनाता है। इसके अलावा, इस प्रोटोकॉल सिस्टम विन्यास और एक untethered कीट में उड़ान मांसपेशियों के समारोह के मूल्यांकन के लिए मुक्त उड़ान प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं प्रस्तुत करता है। प्रदर्शन के लिए, हम तीसरी कक्षा sclerite (3Ax) मांसपेशियों पर नियंत्रण और एक उड़ान बीटल के बाईं या दाईं मोड़ प्राप्त करने के लिए निशाना बनाया। एक पतली चांदी के तार इलेक्ट्रोड बीटल के प्रत्येक पक्ष पर 3Ax पेशी पर प्रत्यारोपित किया गया था। ये एक वायरलेस बैग के आउटपुट से जुड़े थे (यानी, एक neuromuscular बिजली उत्तेजक) बीटल के pronotum पर मुहिम शुरू की। मांसपेशियों उत्तेजना पक्ष (बाएं या दाएं) बारी या stimulatio अलग से मुक्त उड़ान में प्रेरित किया गया थाn आवृत्ति। बीटल ipsilateral पक्ष में बदल गया जब पेशी के लिए प्रेरित किया गया था और एक बढ़ती आवृत्ति के लिए एक वर्गीकृत प्रतिक्रिया का प्रदर्शन किया। आरोपण की प्रक्रिया और 3 आयामी गति पकड़ने कैमरा प्रणाली की मात्रा अंशांकन मांसपेशियों को नुकसान पहुँचाए और मार्कर का ट्रैक खोने क्रमश: से बचने के लिए सावधानी से बाहर ले जाने की जरूरत है। इस विधि, अत्यधिक कीट उड़ान का अध्ययन करने के लिए फायदेमंद है, क्योंकि यह मुक्त उड़ान में ब्याज की उड़ान पेशी के कार्यों को प्रकट करने में मदद करता है।

Protocol

1. अध्ययन पशु

  1. रियर व्यक्ति Mecynorrhina torquata बीटल (6 सेमी, 8 छ) लकड़ी गोली बिस्तर के साथ अलग प्लास्टिक के कंटेनर में।
  2. प्रत्येक बीटल चीनी जेली (12 एमएल) हर 3 दिन एक कप फ़ीड।
  3. क्रमश: 25 डिग्री सेल्सियस और 60% से कम तापमान और पालन के कमरे की नमी रखें।
  4. पतले तार इलेक्ट्रोड दाखिल होने से पहले प्रत्येक बीटल की उड़ान क्षमता का परीक्षण करें।
    1. धीरे हवा में एक बीटल फेंक देते हैं। बीटल लगातार 5 परीक्षण के लिए अब से 10 सेकंड के लिए उड़ कर सकते हैं, तो निष्कर्ष है कि बीटल नियमित उड़ान क्षमता है और बाद में उड़ान प्रयोगों के लिए यह रोजगार। बीटल हटा देना, कमरे में सभी बत्ती बंद कर यह अंधेरा बनाने के लिए। इस उड़ान को समाप्त करने बीटल का कारण बनता है।
      नोट: एक बीटल अनायास जब हवा में जारी उड़ शुरू होता है। यह इस तरह के चित्र 1 (16 x 8 x 4 मीटर में दिखाया गया है एक के रूप में एक बड़ी बंद कमरे में उड़ान प्रयोगों का संचालन करने के लिए बेहतर है 3), एक उड़ान बीटल चाल बहुत तेजी से (लगभग 3-5 मीटर / सेकंड) और बड़े आर्क्स ड्रॉ के रूप में जब हवा में बदल रहे हैं।

2. इलेक्ट्रोड आरोपण

  1. एक प्लास्टिक 1 मिनट 13,16,20-24 के लिए सीओ 2 के साथ भरा कंटेनर में रखकर बीटल anesthetize।
  2. 10 सेकंड के लिए गर्म पानी में सूई से दंत मोम नरम। एक लकड़ी के ब्लॉक पर anesthetized बीटल की जगह और नरम दंत मोम के साथ यह स्थिर है। दंत मोम स्वाभाविक रूप से होता है और कुछ ही मिनटों के भीतर solidifies।
  3. कट अछूता चांदी के तारों (127 माइक्रोन नंगे व्यास, 178 माइक्रोन व्यास जब perfluoroalkoxy के साथ लेपित) 25 मिमी की लंबाई में आरोपण के लिए के रूप में पतली तार इलेक्ट्रोड का उपयोग करने के लिए।
  4. प्रत्येक तार के दोनों सिरों पर इन्सुलेटर ज्वलंत द्वारा नंगे चांदी 3 मिमी बेनकाब।
  5. एक SMA बनाने के लिए एक ठीक इत्तला दे दी कैंची का उपयोग कर बीटल की छल्ली के ऊपर की सतह काटनाmetepisternum (चित्रा 2 सी) पर लगभग 4 x 4 मिमी करूँगा खिड़की। नोट: एक नरम भूरे रंग का छल्ली तो, सामने आ रहा है के रूप में आंकड़े -2 सी में दिखाया गया है - ई। 3Ax पेशी नरम छल्ली के नीचे स्थित है।
  6. पियर्स दो छेद (चित्रा 2 डी) के बीच 2 मिमी की दूरी के साथ एक कीट पिन (आकार 00) का उपयोग कर अवगत कराया भूरे छल्ली पर दो छेद।
  7. ध्यान से छेद के माध्यम से दो तार इलेक्ट्रोड (2.4 चरण में तैयार एक सक्रिय और एक वापसी इलेक्ट्रोड सहित) डालें और उन्हें 3 मिमी की गहराई पर प्रत्येक 3Ax मांसपेशी में समाविष्ट।
  8. प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड को सुरक्षित और जगह में उन्हें पकड़ छेद पर पिघला मोम छोड़ने के द्वारा संपर्क और शॉर्ट-सर्किट से बचने के लिए। यदि आवश्यक हो, एक गर्म टांका लोहे की टिप के साथ मोम छू द्वारा छल्ली के ऊपर मोम reflow। मोम जल्दी से solidifies और आरोपण पुष्ट।
    नोट: यदि आरोपण सही है की जाँच करने के लिए, चुकंदर का elytraLe बिजली की उत्तेजना के दौरान 3Ax पेशी के आंदोलन का निरीक्षण करने के लिए उठाया जा सकता है।

3. वायरलेस बैग विधानसभा

नोट: बैग एक एक 4 बहुस्तरीय एफआर -4 बोर्ड पर निर्मित रेडियो microcontroller (1.6 x 1.6 सेमी 2) शामिल थे। बैग में एक लिथियम बहुलक microbattery (3.7 वी, 350 एमजी, 10 महिंद्रा) द्वारा संचालित किया गया था। बैटरी सहित बैग के कुल द्रव्यमान 1.2 ± 0.26 छ जो बीटल (10 ग्राम शरीर के वजन का 30%) का पेलोड क्षमता से कम हो गया है। बैग बेतार संचार प्राप्त करने के लिए पूर्व क्रमादेशित और दो उत्पादन चैनलों था।

  1. साफ pronotum सतह (छल्ली पर मोम की परत निकालने के लिए) दो तरफा टेप का उपयोग। फिर, दो तरफा टेप का एक टुकड़ा के साथ बीटल के pronotum पर बैग देते हैं।
  2. बैग के आउटपुट को प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड के सिरों से कनेक्ट।
  3. microbattery आसपास रेट्रो-चिंतनशील टेप लपेटें के लिए एक मार्कर के उत्पादन के लिएआर गति पकड़ने कैमरों का पता लगाने के लिए।
  4. बैग डबल पक्षीय टेप का एक टुकड़ा का उपयोग इतना है कि रेट्रो-चिंतनशील टेप गति पकड़ने कैमरों से पता लगाया जा सकता है की चोटी पर microbattery संलग्न।

4. वायरलेस नियंत्रण प्रणाली

नोट: इस मामले में, शब्द वायरलेस नियंत्रण प्रणाली दूरदराज के नियंत्रक के लिए एक रिसीवर भी शामिल है, एक लैपटॉप एक बेस स्टेशन कस्टम उड़ान नियंत्रण सॉफ्टवेयर को चलाने के लिए कंप्यूटर, बैग, और गति पकड़ने प्रणाली।

  1. यूएसबी पोर्ट के माध्यम से बेस स्टेशन और लैपटॉप कंप्यूटर के लिए दूरदराज के नियंत्रक के रिसीवर कनेक्ट करें।
  2. गति पकड़ने प्रणाली पर स्विच और एक ईथरनेट बंदरगाह के माध्यम से लैपटॉप कंप्यूटर से कनेक्ट।
  3. अंशांकन छड़ी (गति पकड़ने प्रणाली के विक्रेता कंपनी द्वारा प्रदान की) पूरी तरह से गति पकड़ने स्थान को कवर करने के लिए लहराते द्वारा मात्रा अंशांकन प्रदर्शन करना।
    1. लैपटॉप के डेस्कटॉप से ​​गति पकड़ने सॉफ्टवेयर खोलें। क्लिक करें और डॉएजी "संसाधन" पैनल की "सिस्टम" मेनू पर सभी कैमरों का चयन करें।
    2. "3 डी परिप्रेक्ष्य" मेनू पर क्लिक करें और "कैमरा" का चयन कैमरा देखने के लिए बदलने के लिए। अंशांकन सेटअप को दिखाने के लिए "उपकरण" पैनल पर "कैमरा" टैब पर क्लिक करें। कैमरों से शोर को खत्म करने के लिए "कैमरा मास्क बनाएँ" मेनू पर "शुरू" पर क्लिक करें और बाद में शोर नीले रंग में छिपा हुआ है तो "बंद करो"।
    3. क्लिक करें और "छड़ी" मेनू और 'एल फ्रेम "" कैमरा "टैब पर मेनू से" 5 मार्कर की छड़ी और एल फ्रेम "का चयन करें। सेट 2500 के लिए "छड़ी गणना", "जांचना कैमरा" मेनू पर "शुरू" पर क्लिक करें और पूरी गति पकड़ने अंतरिक्ष के माध्यम से अंशांकन छड़ी की लहर। अंशांकन प्रक्रिया बंद हो जाता है जब छड़ी गिनती 2500 तक पहुँचता है।
    4. अंशांकन प्रक्रिया को दोहराएं अगर ( "उपकरण" पैनल की "कैमरा" टैब के नीचे) छवि त्रुटि को अधिक से अधिक 0.3 चया किसी भी कैमरे। औजार के बाद, गति पकड़ने अंतरिक्ष के बीच में फर्श पर छड़ी डाल दिया है और गति पकड़ने अंतरिक्ष की उत्पत्ति स्थापित करने के लिए "वॉल्यूम उत्पत्ति सेट" मेनू पर "शुरू" पर क्लिक करें।
  4. एक मार्कर के प्रस्ताव पर कब्जा अंतरिक्ष में एक उपयोगकर्ता द्वारा लहराया की गति पथ रिकॉर्ड और इस बात की पुष्टि मार्कर का पता चला और पता लगाया है कि क्या करने के लिए एक डमी परीक्षण का उपयोग गति पकड़ने प्रणाली के कवरेज की जाँच करें। मार्कर अक्सर पता लगाने के दौरान खो दिया है, मात्रा अंशांकन दोहराएँ जब तक डमी परीक्षण सफल होता है।
    1. "उपकरण" पैनल पर "कब्जा" टैब पर क्लिक करें और फिर अपनी गति को रिकॉर्ड करने के लिए पूरी गति पकड़ने अंतरिक्ष के माध्यम से नमूना मार्कर लहराते से पहले "कब्जा" मेनू पर "प्रारंभ"।
    2. रिकॉर्डिंग के बाद, पर क्लिक करें मार्कर के पदों को फिर से संगठित और रिकॉर्डिंग की गुणवत्ता की जांच करने के लिए "फिर से संगठित पाइप लाइन चलाता है"।
  5. microb के टर्मिनलों से कनेक्टattery बैग की शक्ति पिन करने के लिए (3.4 कदम में बैग से जुड़ी)।
  6. लैपटॉप और बैग कस्टम उड़ान नियंत्रण सॉफ्टवेयर का उपयोग कर के बीच बेतार संचार का परीक्षण करें। सॉफ्टवेयर पर "प्रारंभ" आदेश क्लिक करें और प्रदर्शित कनेक्शन स्थिति की जाँच करें।

5. नि: शुल्क उड़ान प्रयोग

  1. एक उड़ान के मैदान को मापने के 16 x 8 x 4 मीटर 3 में मुफ्त उड़ान प्रयोग बाहर ले।
  2. इनपुट उड़ान नियंत्रण सॉफ्टवेयर (वोल्टेज, पल्स चौड़ाई, आवृत्ति, और उत्तेजना की अवधि) के लिए उपयुक्त मानकों। नोट: प्रदर्शन के लिए, हम वोल्टेज 3 वी करने के लिए पल्स चौड़ाई 3 मिसे के लिए 1 सेकंड के लिए तय है, और उत्तेजना की अवधि और 60 से 100 हर्ट्ज आवृत्ति विविध।
    1. "वोल्टेज" बॉक्स में 3 वी के लिए सॉफ्टवेयर स्क्रीन, प्रकार 3, "उत्तेजना अवधि" बॉक्स में 1,000 मिसे, "पल्स चौड़ाई" बॉक्स में 3 एमएस के लिए 3 के लिए 1000, और हर्ट्ज में एक वांछित आवृत्ति पर " आवृत्ति "बॉक्स ओn कमांड विंडो।
  3. हवा यह स्वतंत्र रूप से उड़ान के मैदान के भीतर उड़ान भरने के लिए अनुमति में बैग पर चढ़कर बीटल रिलीज। मैन्युअल उत्तेजना ट्रिगर जब बीटल गति पकड़ने अंतरिक्ष में प्रवेश करती है। प्रेस उचित आदेश बटन (बाएं या दाएं) रिमोट पर बीटल के बाईं या दाईं ओर लक्ष्य मांसपेशियों को प्रोत्साहित करने के लिए।
    नोट: एक बार बटन दबाया जाता है, उड़ान नियंत्रण सॉफ्टवेयर लैपटॉप पर चल आदेश उत्पन्न करता है और बैग के लिए भेजता है। बैग तो ब्याज की पेशी के लिए बिजली के प्रोत्साहन (बाईं या दाईं ओर) outputs।
  4. उत्तेजना के दौरान वास्तविक समय में बीटल की प्रतिक्रिया का निरीक्षण करें और 3 डी रेखांकन सॉफ्टवेयर का उपयोग कर डेटा के पुनर्निर्माण।
    1. "बीटल प्रदर्शन" खिड़की के डेटा सूची में दर्ज परीक्षणों में से एक का चयन करें और विश्लेषण फ़ोल्डर में है कि परीक्षण के डेटा की प्रतिलिपि और 3 डी रेखांकन मॉड्यूल को चलाने के लिए "निर्यात पांडा" पर क्लिक करें।
    2. "एन" पर प्रेसकीबोर्ड दर्ज की प्रक्षेपवक्र के साथ प्रोत्साहन संकेत गठबंधन करने के लिए। मैं प्रकाश डाला उत्तेजना समय के साथ बीटल की गति को दिखाने के लिए प्रेस।

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Representative Results

इलेक्ट्रोड आरोपण की प्रक्रिया चित्रा 2 में प्रस्तुत किया जाता है पतला चांदी के तार इलेक्ट्रोड मांसपेशियों (आंकड़े 2 डी - ई) पर नरम छल्ली पर छेदा छोटे छेद के माध्यम से बीटल के 3Ax मांसपेशी में प्रत्यारोपित किया गया।। इस नरम छल्ली सिर्फ basalar पेशी के apodema ऊपर पाया जाता है metepisternum का अग्र भाग को हटाने के बाद (आंकड़े 2 डी - ग)। इलेक्ट्रोड तो मोम (चित्रा 2 एफ) का उपयोग कर सुरक्षित थे।

चित्रा 3 एक अक्षुण्ण बीटल का उपयोग कर एक कीट-मशीन संकर प्रणाली के निर्माण के लिए प्रक्रियाओं से पता चलता है। 2 आंकड़े और (उदाहरण के लिए ब्याज की मांसपेशी में पतली धातु के तारों (उत्तेजना इलेक्ट्रोड) दाखिल करने के लिए तरीके दिखाने 3B चित्रा 2, 3Ax की मांसपेशी में, इस अध्ययन में इस्तेमाल किया गया था) औरएक बीटल के pronotum पर एक बैग बढ़ते। तारों से मुक्त सिरों बैग पर जम्पर कनेक्टर में छेद है, जो विद्युत microcontroller बैग (चित्रा 3 सी) पर एकीकृत के इनपुट / आउटपुट पिन से जुड़े थे में डाला गया था। अन्त में, एक microbattery रखा गया था और microbattery की बिजली केबल जम्पर कनेक्टर में छेद microcontroller के जमीन और सकारात्मक आपूर्ति टर्मिनलों के लिए अग्रणी से जुड़ा था।

वायरलेस नियंत्रण प्रणाली चित्रा 4। उपयोगकर्ता दूरदराज के नियंत्रक (चित्रा 4C) पर एक आदेश बटन, लैपटॉप कंप्यूटर (चित्रा 4D) में उड़ान नियंत्रण सॉफ्टवेयर दबाता है में दिखाया गया है उत्पन्न करता है और wirelessly आधार के माध्यम से बैग को आदेश भेजता है स्टेशन (चित्रा 4 बी)। गति पकड़ने प्रणाली (चित्रा 4E) चुकंदर की स्थिति (एक्स, वाई, जेड) का पता लगाता हैLe और एक टाइमस्टैम्प के साथ यह निशान। इस डाटा तो लैपटॉप कंप्यूटर को खिलाया जाता है, और उड़ान नियंत्रण सॉफ्टवेयर उत्तेजना संकेतों के साथ डेटा सिंक्रनाइज़ करता है।

प्रतिनिधि बारी नियंत्रण परिणाम चित्रा 5 में दिखाया जाता है। 3Ax पेशी के सक्रियण ipsilateral पक्ष 13 के पंख हरा आयाम में कमी का कारण है, इस प्रकार बीटल मुक्त उड़ान में एक ipsilateral बारी प्रदर्शन में जिसके परिणामस्वरूप मिला था। 3Ax मांसपेशियों की बिजली की उत्तेजना के रूप में बीटल ipsilateral पक्ष में बदल गया जब छोड़ दिया है या सही 3Ax पेशी 13 को प्रेरित किया गया था एक समान प्रभाव दिखाया। बीटल के मोड़ दर उत्तेजना आवृत्ति के एक समारोह के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

आकृति 1
चित्रा 1:। फ्री उड़ान के मैदान की व्यवस्था मुक्त उड़ान के मैदान में आयोजित किया गयादो भागों: नियंत्रण अंतरिक्ष (3.5 x 8 x 4 एम 3), आरोपण किट (माइक्रोस्कोप और विच्छेदन उपकरण) और नियंत्रण बूथ (कंप्यूटर, वायरलेस बेस स्टेशन, और कैमरे के नियंत्रक) की स्थापना के लिए इस्तेमाल किया गया था, जबकि गति पकड़ने अंतरिक्ष ( 12.5 x 8 x 4 एम 3) 20 लगभग अवरक्त कैमरों के साथ कवर किया गया था बीटल की स्थिति (एक्स, वाई, जेड) दर्ज करने के लिए। उड़ान के मैदान पर 30 पैनल प्रकाश (60 x 60 सेमी 2, 48 डब्ल्यू) में यह रूप में प्रयोग के दौरान दिन के समय की स्थिति के रूप में उज्ज्वल बनाने के साथ सुसज्जित किया गया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2:। इलेक्ट्रोड आरोपण के लिए प्रक्रिया बीटल anesthetized और आरोपण की प्रक्रिया के लिए एक लकड़ी के ब्लॉक पर दंत मोम के साथ स्थिर था। (एक - <strong> ग) एक छोटी सी खिड़की 3Ax मांसपेशियों का उपयोग करने की बीटल के metepisternum पर खोला गया था। (घ) एक कीट पिन का उपयोग करना, 2 मिमी की दूरी के साथ दो छेद भीतरी छल्ली कि 3Ax पेशी भालू पर छेद किया गया था। (ई) इलेक्ट्रोड इन छेद के माध्यम से मांसपेशियों में डाला जाता है और चिमटी के साथ जगह में रखा गया था सुनिश्चित करने के लिए है कि कोई crosstalk सुझावों के बीच हुई। । (एफ - जी) इलेक्ट्रोड तो बीटल मोम का उपयोग करने के तय किया गया यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3:। प्रक्रिया एक अक्षुण्ण बीटल का उपयोग कर एक कीट-मशीन संकर प्रणाली का निर्माण करने के लिए (एक) के रहने वाले एक बीटल पर ब्याज की मांसपेशियों में प्रत्यारोपित किया गया था बुद्धिचांदी के तार इलेक्ट्रोड की जोड़ी हा। (ख) मोम के साथ इलेक्ट्रोड फिक्सिंग के बाद, हम बीटल डबल पक्षीय टेप का उपयोग करने का pronotum पर बैग रखा होगा। (ग) इलेक्ट्रोड से मुक्त सिरों बैग के आउटपुट में डाला और micropin हेडर के साथ सुरक्षित थे। (घ) एक microbattery, जो रेट्रो-चिंतनशील टेप के साथ कवर किया गया था, बैग डबल पक्षीय टेप और बैग की शक्ति पिन से जुड़े। के प्रयोग पर रखा गया था यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4:। मुक्त उड़ान प्रयोग के लिए वायरलेस सिस्टम वायरलेस प्रणाली (क) के एक cyborg बीटल, (ख) एक वायरलेस बेस स्टेशन, (ग होते हैं (घ) एक ब्लूटूथ रिसीवर के साथ एक ऑपरेटिंग लैपटॉप में खामियों को दूर किया है, और (ई) के एक 3 डी गति पकड़ने प्रणाली। उपयोगकर्ता रिमोट पर आदेश बटन दबाता है, तो कस्टम लैपटॉप पर उड़ान नियंत्रण सॉफ्टवेयर उत्तेजना आदेश wirelessly Cyborg भृंग के लिए एक बेस स्टेशन है कि एक यूएसबी पोर्ट के माध्यम से लैपटॉप में खामियों को दूर किया जाता है के माध्यम से भेजता है। एक बार जब बैग आदेश प्राप्त करता है, यह एक बिजली के प्रोत्साहन संकेत है कि मांसपेशियों को उत्तेजित करता है उत्पन्न करता है। इसके साथ ही, गति पकड़ने प्रणाली रिकॉर्ड। 3D बीटल का समन्वय करता है और उत्तेजना डेटा के साथ तुल्यकालन के लिए लैपटॉप के लिए उन्हें खिलाती है यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5: beetl का व्यवहारई मुक्त उड़ान में 3Ax मांसपेशियों की बिजली की उत्तेजना के कारण। (क) बीटल ipsilateral पक्ष में बदल गया जब छोड़ दिया है या सही 3Ax पेशी प्रेरित किया गया था, और निर्णायक गति उत्तेजना आवृत्ति के एक समारोह के रूप में वर्गीकृत किया गया है। (ख) उड़ान बीटल जब छोड़ दिया है या सही 3Ax पेशी अनुक्रम में प्रेरित किया गया था की वक्र पथ। प्रोत्साहन मानकों 3 वी के एक आयाम थे, 3 मिसे के एक पल्स चौड़ाई, और 60-100 हर्ट्ज की एक आवृत्ति। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6:। प्रस्तावित बीटल विन्यास के 3 डी अभिविन्यास (रोल, पिच, और रास्ते से हटना) ट्रैकिंग (क) तीन मार्कर का उपयोग करने के लिए मार्कर सेट, (ख) चारमार्कर, और (ग) पांच मार्करों। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

आरोपण की प्रक्रिया महत्वपूर्ण है कि यह प्रयोग की विश्वसनीयता को प्रभावित करता है। इलेक्ट्रोड 3 मिमी या उससे कम बीटल (पास की मांसपेशियों के साथ संपर्क से बचने) के आकार पर निर्भर करता है की गहराई पर मांसपेशियों में डाला जाना चाहिए। इलेक्ट्रोड पास की मांसपेशियों को स्पर्श करते हैं, तो अवांछनीय मोटर कार्यों और व्यवहार पास की मांसपेशियों के संकुचन के कारण हो सकता है। दो इलेक्ट्रोड अच्छी तरह सुनिश्चित करें कि कोई शॉर्ट सर्किट घटित गठबंधन किया जाना चाहिए। जब पिघलने और एक टांका लोहे का उपयोग करते हुए मोम reflowing, experimentalist सावधान रहना होगा और जितनी जल्दी संभव के रूप में मिलाप, के बाद मांसपेशियों में उच्च तापमान के साथ लंबे समय तक संपर्क से जला दिया जा सकता है, मांसपेशियों की खराबी के लिए अग्रणी है। हालांकि छल्ली हटाने 3Ax मांसपेशियों का उपयोग करने की आवश्यकता है, सम्मिलन और सीलिंग प्रक्रिया कम से कम एक मिनट लगता है और मांसपेशियों को नुकसान को कम करने में कामयाब रहा था। कीड़ों प्रयोगों के बाद पालन कमरे में लौट आए थे और के लिए जीवित रह सकता है3 और महीने (उनके जीवन के अंत समय) तक। बीटल, बीटल खिलाया जाना चाहिए और हर 20 लगातार परीक्षणों के बाद 4 घंटा के लिए 3 के लिए आराम करने के रूप में कीट लगातार कई (40 से 50) उड़ान परीक्षणों के बाद थका बन सकता अनुमति दी है और न खोलने के लिए सक्षम हो सकता है के अच्छे प्रदर्शन को बनाए रखने के लिए अपने पंख।

मुक्त उड़ान प्रयोग के लिए के रूप में, गति पकड़ने प्रणाली के लिए मात्रा अंशांकन यह प्रक्षेपवक्र ट्रैकिंग की सटीकता को प्रभावित करता है, यह आवश्यक है। यह कैमरों के सभी के लिए कम से कम 0.3 की एक छवि त्रुटि के साथ 'कैमरे अंशांकन छड़ी की लहरों का पूरा ध्यान भरने के लिए प्रस्ताव ट्रैकिंग प्रणाली की सटीकता बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, मार्कर की सतह को साफ किया जाना चाहिए, या 3 डी गति पकड़ने प्रणाली अक्सर मार्कर याद कर सकते हैं। अंशांकन के बाद, एक डमी परीक्षण बैटरी गति पकड़ने प्रणाली की कवरेज की जांच करने के लिए निर्धारित मात्रा में रेट्रो-चिंतनशील टेप के साथ लिपटे लहराते द्वारा बाहर किया जाना चाहिए। परीक्षण के लिएगति ट्रैकिंग की सटीकता, हम उड़ान के क्षेत्र में आगे बढ़ दो मार्कर की दूरी मापी। मार्कर एक दूसरे के लिए 200 मिमी की दूरी के साथ एक गत्ते का डिब्बा बोर्ड पर तय किया गया। बोर्ड पूरी उड़ान के मैदान में ले जाया गया था दो मार्करों के विभिन्न पदों पर प्राप्त करने के लिए। मानक विचलन तो 1.3 मिमी (एन = 3,000) होने की गणना की गई।

मुक्त उड़ान परीक्षण सुविधा (आंकड़े 1 और 4) हमें एक टाइमस्टैम्प के साथ-साथ एक उड़ान कीट की स्थिति (एक्स, वाई, जेड) को ट्रैक करने की अनुमति देता है। चूंकि केवल एक ही मार्कर बीटल और 3 डी गति पकड़ने प्रणाली से जुड़ा हुआ है ही कि मार्कर का पता लगाता है, बीटल एक कण या एक जन बिंदु के रूप में व्यवहार किया जाता है। जैसे, उड़ान बीटल से डेटा स्थितीय जानकारी नहीं है लेकिन उन्मुखीकरण का अभाव है। इसलिए, बीटल के स्थितीय डेटा से विज्ञान सम्बन्धी विश्लेषण एक्स, वाई-साथ ही translational वेग और त्वरण प्रदान करता है, और जेड कोणीय वेग या कोणीय त्वरण के बिना कुल्हाड़ियोंरास्ते से हटना, पिच, और रोल कुल्हाड़ियों के बारे में घुमाव। एकाधिक मार्कर एक बीटल पर तय की एक कठोर शरीर और रिकॉर्ड रोटेशन और अनुवाद डेटा के रूप में उड़ान कीट के इलाज के लिए 3 डी गति पकड़ने प्रणाली के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए (जैसे कि 6 चित्र में दिखाया गया है एक के रूप में)। हालांकि, experimentalist, एक उड़ान बीटल के कैनेटीक्स के लिए इन मार्करों के योगदान को ध्यान में रखना चाहिए क्योंकि मार्कर टेप का एक छोटा सा टुकड़ा नहीं है, लेकिन काफी बड़े न्यूनतम ट्रैकिंग हानि के साथ कैमरा प्रणाली से पता लगाया जा करने की जरूरत है। इस तरह की एक व्यवस्था है और कई मार्कर की कुर्की काफी अपने बड़े पैमाने पर और जड़ता 25 के पल बढ़ सकता है। इसके अलावा, उड़ान के मैदान के आकार बीटल से मुक्त उड़ान व्यवहार करने के लिए बाधाओं को कम करने के प्रस्ताव ट्रैकिंग प्रणाली के कवरेज सीमा के भीतर संभव के रूप में बड़े रूप में स्थापित किया जा सकता है। इस अखबार के लिए, उड़ान के मैदान के आकार के गति पकड़ने प्रणाली (12.5 x 8 x 4 एम 3) की अधिकतम कवरेज के आधार पर परिभाषित किया गया है।

7 और एक ipsilateral बारी 13 के लिए 3Ax पेशी के लिए basalar पेशी उत्पादन कर सकते हैं जैसे।,। इसके अलावा, एक कीट के तंत्रिका तंत्र के कुछ भागों में विभिन्न प्रतिक्रियाओं पैदा कर सकते हैं। ऑप्टिक पालि उत्तेजना, उड़ान दीक्षा 7 प्रेरित जबकि एंटीना की उत्तेजना एक पैदल कीट 12 में contralateral मोड़ पैदा कर सकते हैं कर सकते हैं। इसके अलावा, हम एक विद्युतपेशीलेखन रिकॉर्डर के लिए एक बिजली के उत्तेजक जा रहा है अपनी प्राकृतिक व्यवहार 3,26 दौरान एक कीट की गतिविधियों को रिकॉर्ड करने से बैग के समारोह में बदल सकते हैं।

बीटल से मुक्त उड़ान उत्तेजना पता चलता है और enabli द्वारा 3Ax पेशी के प्राकृतिक समारोह पुष्टि करने के लिए मदद कीकीट स्वतंत्र रूप से हवा में बढ़ने की तात्कालिक प्रतिक्रिया के एनजी टिप्पणियों। इस तरह की जानकारी सीमित शर्तों 11,13,27-30 के तहत उपलब्ध नहीं है। एक कीट के व्यवहार को सीमित शर्तों के तहत विवश है और मुक्त उड़ान में उस से अलग हो सकता है, संभवतः कीट व्यवहार का एक गलत समझ के लिए अग्रणी। इस प्रकार, मुक्त उड़ान इस तकनीक का उपयोग उत्तेजना परिकल्पना सीमित प्रयोगों से तैयार मान्य करने के लिए एक मजबूत उपकरण है। इसके अलावा, एक कीट-मशीन संकर प्रणाली वर्तमान कृत्रिम लोकोमोटिव क्षमताओं और बिजली की खपत के मामले में 13,17,31,32 रोबोट फड़फड़ा से बेहतर है।

कीट-मशीन संकर प्रणालियों भविष्य में कृत्रिम रोबोट की जगह ले सकती हैं क्योंकि वे जटिल और लचीली संरचना और एक जीवित कीट की लोकोमोटिव क्षमताओं के वारिस और निर्माण की प्रक्रिया के उत्पादन के समय को कम। विभिन्न लोकोमोटिव क्षमताओं अधिक संचालित करने के लिए एक कीट-मशीन संकर प्रणाली की मदद कर सकते हैंकुशलता से विवश है कि रिक्त स्थान, घूमना और फ्लाइंग, जैसे की संयोजन शामिल बचाव अभियानों में। इसके अलावा, कीट-मशीन संकर प्रणालियों संभावित कृषि के क्षेत्र में कीट नियंत्रण के लिए एक उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है क्योंकि यह उनकी गतिविधियों को नियंत्रित करने में मदद प्राकृतिक कीट कालोनियों में मिश्रण करने में सक्षम हो सकता है और हो सकती है।

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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 

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References

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कीट-मशीन हाइब्रिड सिस्टम: एक आज़ादी से उड़ान बीटल का रिमोट रेडियो नियंत्रण (<em&gt; Mercynorrhina torquata</em&gt;)
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Vo Doan, T. T., Sato, H. Insect-machine Hybrid System: Remote Radio Control of a Freely Flying Beetle (Mercynorrhina torquata). J. Vis. Exp. (115), e54260, doi:10.3791/54260 (2016).

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