Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Insekt-maskin Hybrid System: Radio fjernkontroll for et Fritt Flying Beetle ( Published: September 2, 2016 doi: 10.3791/54260
Automatic Translation
1, 1
1School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University

Abstract

Fremveksten av radio-aktiverte digitale elektroniske enheter har bedt bruk av små trådløse neuromuskulære opptakere og stimulatorer for å studere på fly insekt atferd. Denne teknologien gjør det mulig å utvikle et insekt-maskin hybrid system som bruker et levende insekt plattform som er beskrevet i denne protokollen. Videre presenterer denne protokollen systemkonfigurasjonen og gratis flytur eksperimentelle prosedyrer for evaluering av funksjon av flygemusklene i en oversiktlig insekt. For demonstrasjon, målrettet vi den tredje aksillær sclerite (3AX) muskler til å kontrollere og oppnå venstre eller høyre vending av en flygende bille. En tynn sølvtrådelektrode ble implantert på 3AX muskelen på hver side av bille. Disse ble koplet til utgangene fra en trådløs ryggsekk (dvs., en nevromuskulær elektrisk stimulator) montert på pronotum av bille. Muskelen ble stimulert i fri flukt ved vekslende stimulering side (venstre eller høyre) eller å variere stimulation frekvens. Billen slått til ipsilaterale side når muskelen ble stimulert og viste en gradert respons til en økende frekvens. Implantasjon prosessen og volum kalibrering av 3-dimensjonal motion capture kamerasystemet må utføres med forsiktighet for å unngå skader på muskler og miste oversikten over markøren, henholdsvis. Denne metoden er svært gunstig å studere insekt fly, som det bidrar til å avsløre funksjonene i flight muskel av interesse i fri flukt.

Protocol

1. Studer Animal

  1. Bakre individuelle Mecynorrhina torquata biller (6 cm, 8 g) i separate plastbeholdere med tre pellet sengetøy.
  2. Mate hver bille en kopp sukker gelé (12 ml) hver 3. dag.
  3. Holde temperaturen og fuktigheten i merden rom ved 25 ° C og 60%, respektivt.
  4. Test flight mulig for hver bille før implantere tynne trådelektroder.
    1. Forsiktig kaste en bille i luften. Hvis billen kan fly i mer enn 10 sekunder i 5 påfølgende studier konkluderer med at billen har regelmessige flyge evner og bruke den for senere fly eksperimenter. For å gjenerobre billen, slå av alle lysene i rommet for å gjøre det mørkt. Dette fører til at billen å avslutte flygingen.
      Merk: En bille spontant begynner å fly bort når den slippes ut i luften. Det er bedre å drive flyet eksperimenter i et stort lukket rom, slik som det vist i figur 1 (16 x 8 x 4 m 3), som en flygende bille beveger seg veldig fort (ca. 3-5 m / sek) og trekker store buer når du slår i luften.

2. elektrode Implantasjon

  1. Anesthetize bille ved å plassere den i en plastbeholder fylt med CO 2 for 1 min 13,16,20-24.
  2. Bløt dental voks ved å dyppe den i varmt vann i 10 sek. Plasser bedøvet bille på en trekloss og immobilisere den med den myke dental voks. Dental voks naturlig avkjøler og størkner i løpet av få minutter.
  3. Cut isolerte sølvtråder (127 mikrometer bart diameter, 178 mikrometer diameter når belagt med perfluoralkoksy) i lengder på 25 mm for å bruke som tynne trådelektroder for implantasjon.
  4. Expose 3 mm av nakne sølv med flammende isolatoren i begge ender av hver ledning.
  5. Skjær toppen overflaten av billen er skjellaget ved hjelp av en spiss saks for å lage en small vindu på ca 4 x 4 mm på den metepisternum (figur 2c). Merk: En myk brunfarget skjellaget blir deretter utsatt, som vist på figurene 2c - e. Den 3AX muskelen er plassert under myk neglebåndet.
  6. Pierce to hull på den eksponerte brun skjellaget ved hjelp av et insekt pin (størrelse 00) med en avstand på 2 mm mellom de to hullene (figur 2d).
  7. Sett to trådelektroder (inkludert én aktiv og en returelektroder utarbeidet i trinn 2.4) nøye gjennom hullene og implantere dem i hver 3AX muskel i en dybde på 3 mm.
  8. Sikre de implanterte elektrodene og holde dem på plass for å unngå kontakt og kortslutninger ved å slippe smeltet bivoks på hullene. Hvis det er nødvendig, tilpasse flyten bivoks over skjellaget ved å berøre bivoks med spissen av en varm loddebolt. Bivoks stivner raskt og forsterker implantasjon.
    Merk: For å sjekke om implantasjon er riktig, dekkvingene av betele kan løftes for å observere bevegelsen av 3AX muskelen ved elektrisk stimulering.

3. Wireless Ryggsekk Assembly

Merk: ryggsekk besto av en innebygd radiomikrokontroller på en 4 lagdelt FR-4 brett (1,6 x 1,6 cm 2). Sekken ble drevet av et litium-polymer Micro (3,7 V, 350 mg, 10 mAh). Den totale masse av sekken herunder batteriet var 1,2 ± 0,26 g som er mindre enn den nyttelasten av den bille (30% av 10 g kroppsvekt). Sekken ble forhåndsprogrammert til å motta trådløs kommunikasjon og hadde to utgangskanaler.

  1. Rengjør pronotum overflaten (fjerne voksen lag på skjellaget) ved hjelp av dobbeltsidig tape. Deretter fester du ryggsekk på pronotum av bille med et stykke dobbeltsidig tape.
  2. Koble endene av de implanterte elektrodene til utgangene fra sekken.
  3. Pakk retro-reflekterende tape rundt Micro å produsere en markør for motion capture-kameraer å oppdage.
  4. Fest Micro til toppen av sekken ved hjelp av et stykke dobbeltsidig tape slik at retro-reflekterende tape kan oppdages av motion capture-kameraer.

4. Wireless Control System

Merk: I dette tilfellet omfatter begrepet trådløst alarmsystem en mottaker for fjernkontroll, en bærbar datamaskin til å kjøre den tilpassede flight control programvare, en basestasjon, ryggsekken, og motion capture-systemet.

  1. Koble til basestasjonen og mottaker av fjernkontrollen til den bærbare datamaskinen via USB-porter.
  2. Slå på motion capture-systemet og koble den til den bærbare datamaskinen via en Ethernet-port.
  3. Utføre volumkalibrering ved å vinke kalibrerings wand (gitt av selger selskap av motion capture-systemet) for å fullt ut dekke motion capture plass.
    1. Åpne motion capture programvare fra skrivebordet på den bærbare datamaskinen. Klikk og drag for å velge alle kameraene på "System" menyen i "Ressurser" panel.
    2. Klikk på "3D perspektiv" -menyen og velg "Camera" for å endre til kamerabildet. Klikk på "Camera" -kategorien på "Tools" panel for å vise kalibreringsoppsettet. Klikk "Start" på "Create Kamera Masker" menyen for å eliminere støy fra kameraene og deretter "Stop" etter støy er maskert i blått.
    3. Klikk og velg "5 Marker Wand & L-Frame" fra "Wand" -menyen og "L-Frame" menyen på "Camera" -kategorien. Sett "Wand Count" til 2500, klikk på "Start" på "Kalibrering Cameras" -menyen, og bølge kalibreringen staven gjennom hele motion capture plass. Kalibreringsprosessen stopper når staven antallet når 2500.
    4. Gjenta kalibreringsprosessen hvis bildefeil (i bunnen av "Camera" kategorien i "Tools" panel) er høyere enn 0,3 feller noen kamera. Etter kalibrering, satte staven på gulvet i midten av motion capture plass og klikk på "Start" på "Set Volume Origin" menyen for å sette opprinnelsen til motion capture plass.
  4. Sjekk dekningen av motion capture-systemet med en dummy prøve å registrere bevegelsesbane av en markør vinket av en bruker i motion capture plass og bekrefte om markøren oppdages og spores. Hvis markøren er ofte tapt under deteksjons, gjenta volumkalibrering til dummy testen er vellykket.
    1. Klikk på "Capture" -kategorien på "Tools" panel og deretter "Start" på "Capture" -menyen før vinket prøven markør gjennom hele motion capture plass for å spille inn sin bane.
    2. Etter innspillingen, klikk på "Kjører Rekonstruks rørledning" for å rekonstruere posisjonene til markør og sjekke kvaliteten på opptaket.
  5. Koble klemmene til Microbattery (festet til ryggsekken i trinn 3.4) til strøm pins av sekken.
  6. Test trådløs kommunikasjon mellom laptop og sekken ved hjelp av tilpassede flight control programvare. Klikk på "Start" -kommandoen på programvaren og kontroller vises tilkoblingsstatus.

5. Free Flight Experiment

  1. Utføre gratis flytur eksperiment i et fly arena som måler 16 x 8 x 4 m 3.
  2. Input de riktige parameterne til flight control programvare (spenning, pulsbredde, frekvens og stimulering varighet). Merk: For demonstrasjon, vi fikset spenningen til 3 V, pulsbredde til 3 millisekunder, og stimulering varighet til 1 sek og varierte frekvensen 60-100 Hz.
    1. På programvare skjermen, type 3 for 3 V i "Voltage" boksen, 1000 i 1000 msek i "Stimulering Varighet" boksen, 3 for 3 ms i "Pulse Width" boksen, og en ønsket frekvens i Hz i " Frequency "boksen on kommandovinduet.
  3. Slipp ryggsekk montert bille i luften slik at det å fly fritt i flyet arena. utløse manuelt stimulering når billen kommer inn i motion capture plass. Trykk på den aktuelle kommandoknappen (venstre eller høyre) på fjernkontrollen for å stimulere målet muskel på venstre eller høyre side av billen.
    Merk: Når du trykker på knappen, flyet kontroll programvare som kjører på den bærbare datamaskinen genererer kommandoen og sender det til ryggsekken. Sekken utganger da den elektriske stimuli til muskelen av interesse (på venstre eller høyre side).
  4. Observer bille reaksjon i sanntid under stimulering og rekonstruere data ved hjelp av 3D-graf programvare.
    1. Velg ett av forsøkene registrert i datalisten for "Beetle Display" vinduet og klikk "Export Panda" for å kopiere dataene på den rettssaken til analyse mappe og kjøre 3D-graf modulen.
    2. Trykk "N" påtastaturet til å kombinere stimulans signal med den innspilte bane. Trykk jeg å vise banen til bille med de markerte stimulerings perioder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Elektroden implanteringsoperasjon er presentert i figur 2 tynn sølvtrådelektroder ble implantert i 3AX muskel av bille gjennom små hull gjennomboret på den myke skjellaget på den muskel (figurene 2d - e).. Denne myke hårstråene er funnet like over apodema av basalar muskler etter fjerning av fremre del av metepisternum (figur 2d - c). Elektrodene ble deretter sikret ved hjelp av bivoks (figur 2f).

Figur 3 viser fremgangsmåten for å konstruere en insekt-maskin hybrid system ved hjelp av et intakt bille. Figurene 2 og 3b viser fremgangsmåter for implantering av tynne metalltråder (stimuleringselektroder) i muskelen av interesse (for eksempel i figur 2, er 3AX muskelen ble anvendt i denne studien) ogmontere en ryggsekk på pronotum av en bille. De frie endene av ledninger ble satt inn i hullene i jumpertilkoblingen på ryggsekken, som ble elektrisk koblet til input / output pins av mikrokontrolleren integrert i ryggsekken (figur 3c). Til slutt ble det en Micro montert og strømkabelen av Micro var koblet til hullene i jumpertilkoblingen fører til bakken og positiv tilførselsuttakene av mikrokontrolleren.

Den trådløse styresystem er vist i figur 4. Når brukeren trykker på en kommandoknapp på fjernkontrollen (figur 4c), flyturen kontroll programvare i den bærbare datamaskinen (figur 4d) genererer og trådløst sender kommandoen til ryggsekken via base stasjonen (figur 4b). Bevegelses capture system (figur 4e) detekterer posisjonen (X, Y og Z) av den betele og markerer det med et tidsstempel. Denne informasjonen blir deretter matet til den bærbare datamaskinen, og flyet kontroll programvare synkroniserer data med stimulerings signaler.

Representative omdreining kontroll Resultatene er vist i figur 5. Aktiveringen av 3AX muskelen ble funnet å forårsake en reduksjon i vingen takt amplituden av den ipsilaterale side 13, noe som resulterer i den bille utfører en ipsilateral omdreining i fri flukt. Den elektrisk stimulering av 3AX muskel viste en lignende effekt som billen slått til ipsilaterale side når venstre eller høyre 3AX muskelen ble stimulert 13. Dreiehastigheten billen ble gradert som en funksjon av stimuleringsfrekvensen.

Figur 1
Figur 1:. Gratis flytur arena arrangement Den gratis flytur arenaen ble arrangert ito deler: styreplass (3,5 x 8 x 4 m 3) ble brukt for å sette opp implantasjon kit (mikroskop og disseksjon verktøy) og kontroll messe (datamaskin, trådløs basestasjon, og kamerakontroller), mens motion capture plass ( 12,5 x 8 x 4 m 3) ble dekket med 20 nær-infrarødt kamera for å registrere posisjonen (X, Y og Z) av bille. Flyet arena var utstyrt med 30-belysning paneler (60 x 60 cm 2, 48 W) for å gjøre det så lyst som på dagtid forhold under forsøket. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2:. Prosedyre for elektrode implantasjon Billen ble bedøvet og immobilisert med dental voks på en trekloss for implantasjon prosedyren. (A - <strong> c) Et lite vindu ble åpnet på metepisternum av billen å få tilgang til 3AX muskel. (D) Ved hjelp av et insekt pin, ble to hull med en avstand på 2 mm hull på den indre hårstråene som bærer 3AX muskel. (E) Elektrodene ble ført inn i musklene via disse hull og holdes på plass med pinsett for å sikre at ingen krysstale skjedde mellom spissene. . (F - g) Elektrodene ble deretter festet til billen bruker bivoks Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3:. Prosedyre for å produsere et insekt-maskin hybrid system ved hjelp av en intakt bille (a) muskel av interesse på en levende bille ble implantert viddHa par sølvtrådelektroder. (B) Etter festing elektrodene med bivoks, montert vi sekken på pronotum av billen med dobbeltsidig tape. (C) De frie ender av elektrodene ble innsatt i utgangene fra sekken og festes med micropin overskrifter. (D) En Micro, som var dekket med retro-reflekterende tape, ble montert på sekken ved hjelp av dobbeltsidig tape og koblet til strømpinnene på ryggsekken. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4:. Trådløst system for gratis flytur eksperiment Det trådløse systemet består av (a) en cyborg bille, (b) en trådløs basestasjon, (c (d) et operatør bærbar PC med en Bluetooth-mottaker koblet til, og (e) en 3D motion capture system. Når brukeren trykker på kommandoknappen på fjernkontrollen, den tilpassede flight control programvare på den bærbare datamaskinen sender stimulering kommandoen trådløst til cyborg bille via en basestasjon som er koblet til den bærbare datamaskinen via en USB-port. Når sekken mottar kommandoen, genererer det et elektrisk stimulans signal som stimulerer muskelen. Samtidig, motion capture-systemet registrerer 3D-koordinatene til billen og mater dem til den bærbare datamaskinen for synkronisering med stimulerings data. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5: Oppførselen til beetle på grunn av elektrisk stimulering av muskelen 3AX i fri flukt. (a) bille skrudd til den ipsilaterale side når den venstre eller høyre 3AX Muskelen ble stimulert, og den dreiebevegelse ble gradert som en funksjon av stimuleringsfrekvensen. (B) Den sikksakk sti av flygende bille når venstre eller høyre 3AX muskel ble stimulert i rekkefølge. Stimulanse parametrene var en amplitude på 3 V, en pulsbredde på 3 millisekunder, og en frekvens på 60-100 Hz. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 6
Figur 6: Forslag til markør sett for sporing av 3D orientering (roll, pitch og yaw) av billen Konfigurasjon med (a) tre markører, (b) fire.markører, og (c) fem markører. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Implantasjon prosessen er viktig, da det påvirker påliteligheten av forsøket. Elektrodene skal settes inn i muskelen ved en dybde på 3 mm eller mindre, avhengig av størrelsen på den bille (for å unngå kontakt med omgi muskler). Hvis elektrodene berøre nærliggende muskler, kan uønskede motoriske handlinger og atferd oppstår på grunn av sammentrekning av nærliggende muskler. De to elektroder bør være godt justert for å sikre at ingen kortslutninger forekomme. Når smelter og reflowing bivoks bruke en loddebolt, har experimentalist å være forsiktig og lodde så raskt som mulig, siden muskel kan brennes ved langvarig kontakt med høye temperaturer, noe som fører til en feilfunksjon av muskelen. Selv om det er nødvendig å fjerne skjellaget for å få tilgang til 3AX muskelen, innsetting og tettende prosessen tar mindre enn ett minutt, og ble styrt for å minimalisere skade på muskelen. Insektene ble returnert til oppdrett rommet etter forsøkene, og kan overleveopptil 3 måneder (slutten av sin levetid). For å opprettholde god ytelse av billen, billen skal fôres og lov til å hvile i 3-4 timer etter hver 20. påfølgende forsøk som insektet kan bli slitne etter mange påfølgende (40-50) fly prøvelser og kan ikke være i stand til å åpne sine vinger.

Som for gratis flytur forsøket, er volumkalibrering for motion capture-systemet er nødvendig, da det påvirker banen sporing nøyaktighet. Det er viktig å fylle kameraenes syn full av bølgene av kalibreringsstav med en bildefeil på mindre enn 0,3 for alle kameraene for å opprettholde nøyaktigheten av bevegelse sporingssystem. Dessuten må overflaten av markøren være ren, eller den 3D motion capture system kan ofte savner markør. Etter kalibrering, bør en dummy test utføres ved å vinke batteriet pakket med retro-reflekterende tape i det definerte volumet for å sjekke dekningen av motion capture-systemet. for testingden bevegelsessporing nøyaktighet, vi målte avstanden mellom to markører som beveger seg i flyet arena. Markørene ble festet på en papp med en avstand på 200 mm til hverandre. Styret ble flyttet på hele flyturen arena for å oppnå ulike posisjoner i de to markører. Standardavviket ble deretter beregnet til å være 1,3 mm (n = 3000).

Den gratis flytur testanlegg (figur 1 og 4) tillater oss å spore posisjonen (X, Y og Z) av en flygende insekter sammen med et tidsstempel. Siden bare en enkelt markør er festet til bille og 3D bevegelses capture system bare oppdager at markør, billen behandles som en partikkel eller et massepunkt. Som sådan, data fra den flygende bille har posisjonsinformasjon, men mangler retning. Derfor kinematisk analyse fra posisjonsdataene for den bille gir bare den translatoriske hastighet og akselerasjon langs X-, Y- og Z-aksene uten vinkelhastigheten eller vinkelakselerasjon irotasjoner om yaw, pitch og roll akser. Multiple markører festet på en bille (slik som den som er vist i figur 6) må benyttes for 3D-motion capture system for å behandle de flygende insekter som et stivt legeme og registrere rotasjon og oversettelse av data. Imidlertid må experimentalist ta oppmerksom på bidraget fra disse markørene til kinetikken av en flygende bille, fordi markøren er ikke et lite stykke tape, men må være stor nok til å bli oppdaget av kamerasystemet med minimum sporing tap. Et slikt arrangement og festing av multiple markører kan betydelig øke sin masse og treghetsmoment 25. Dessuten kan størrelsen på flyturen arena settes så stor som mulig innenfor dekningsområdet til bevegelsessporingssystem for å redusere begrensningene til gratis flytur oppførselen billen. For dette papir, er størrelsen på uren arenaen definert på grunnlag av den maksimale dekning av motion capture system (12,5 x 8 x 4 m 3).

f.eks., Den basalar muskelen for en kontralateral sving 7 og 3AX muskler for en ipsilaterale sving 13. I tillegg kan visse deler av nervesystemet hos et insekt indusere forskjellige reaksjoner. Optikk lapp stimulering kan indusere fly initiering 7, mens stimulering av antennene kan indusere kontralaterale snu i en gang insekt 12. Videre kan vi endre funksjon av ryggsekken fra å være en elektrisk stimulator til en elektromyografi opptakeren til å spille aktivitetene til et insekt i løpet av sin naturlige atferd 3,26.

Den gratis flytur stimulering av bille bidratt til å avdekke og bekrefte den naturlige funksjon av 3AX muskel ved enabling observasjoner av den øyeblikkelige reaksjon av insekt fritt bevegelige i luft. Slik informasjon er ikke tilgjengelig under tethered forhold 11,13,27-30. Oppførselen til et insekt er begrenset i henhold til forankrede forhold og kan være forskjellig fra den i fri flukt, kan muligens føre til en uriktig forståelse av insektenes oppførsel. Dermed gratis flytur stimulering ved hjelp av denne teknikken er et sterkt verktøy for å validere hypoteser trukket fra tethered eksperimenter. Videre er et insekt-maskin hybrid system overlegen dagens kunstig flagrende roboter i form av lokomotiv evner og strømforbruk 13,17,31,32.

Insekt-maskin hybridsystemer kan erstatte kunstige roboter i fremtiden som de arver den komplekse og fleksibel struktur og lokomotiv evner av et levende insekt og redusere produksjonstiden for fabrikasjon prosessen. Ulike lokomotiv evner kan hjelpe et insekt-maskin hybrid system til å fungere mereffektivt i begrenset mellomrom som innebærer en kombinasjon av gange og fly, for eksempel i redningsoppdrag. I tillegg kan insekt-maskin hybridsystemer potensielt brukes som et verktøy for insekt-kontroll i landbruket som det kan være i stand til å blande inn i naturlige insektkolonier og bidra til å kontrollere sine aktiviteter.

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Sanchez, C. J., et al. Locomotion control of hybrid cockroach robots. J. R. Soc. Interface. 12 (105), (2015).
  5. 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).
  6. Bozkurt, A., Gilmour, R. F., Lal, A. Balloon-Assisted Flight of Radio-Controlled Insect Biobots. IEEE Trans. Biomed. Eng. 56 (9), 2304-2307 (2009).
  7. Sato, H., et al. Remote Radio Control of Insect Flight. Front. Neurosci. 3, (2009).
  8. Daly, D. C., et al. A Pulsed UWB Receiver SoC for Insect Motion Control. IEEE J. Solid-State Circuits. 45 (1), 153-166 (2010).
  9. Maharbiz, M. M., Sato, H. Cyborg Beetles. Sci. Am. 303 (6), 94-99 (2010).
  10. 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).
  11. Hinterwirth, A. J., et al. Wireless Stimulation of Antennal Muscles in Freely Flying Hawkmoths Leads to Flight Path Changes. PloS ONE. 7 (12), (2012).
  12. 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).
  13. Sato, H., et al. Deciphering the Role of a Coleopteran Steering Muscle via Free Flight Stimulation. Curr. Biol. 25 (6), 798-803 (2015).
  14. 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).
  15. Zhaolin, Y., et al. A preliminary study of motion control patterns for biorobotic spiders. Control & Automation (ICCA), 11th IEEE International Conference, , 128-132 (2014).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Zhao, H., et al. Neuromechanism Study of Insect-Machine Interface: Flight Control by Neural Electrical Stimulation. PLoS ONE. 9 (11), e113012 (2014).
  19. 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).
  20. Barron, A. B. Anaesthetising Drosophila for behavioural studies. J. Insect Physiol. 46 (4), 439-442 (2000).
  21. Cooper, J. E. Anesthesia, Analgesia, and Euthanasia of Invertebrates. ILAR Journal. 52 (2), 196-204 (2011).
  22. Miller, T. A. Insect neurophysiological techniques. , Springer Science & Business Media. (2012).
  23. Leary, S., et al. AVMA guidelines for the euthanasia of animals. , (2013).
  24. 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).
  25. Mischiati, M., et al. Internal models direct dragonfly interception steering. Nature. 517 (7534), 333-338 (2015).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Sato, H., Maharbiz, M. M. Recent developments in the remote radio control of insect flight. Front. Neurosci. 4, (2010).
  29. Tien Van, T., et al. Flight behavior of the rhinoceros beetle Trypoxylus dichotomus during electrical nerve stimulation. Bioinsp. Biomim. 7 (3), 036021 (2012).
  30. 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).
  31. de Croon, G. C., et al. Design, aerodynamics and autonomy of the DelFly. Bioinsp. Biomim. 7 (2), 025003 (2012).
  32. 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).

Tags

Neuroscience Insect atferd insekt-maskin hybrid system insekt-maskin-grensesnitt insekt fly muskel Coleoptera fri flukt stimulering telemetri
Insekt-maskin Hybrid System: Radio fjernkontroll for et Fritt Flying Beetle (<em&gt; Mercynorrhina torquata</em&gt;)
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Vo Doan, T. T., Sato, H.… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter