Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

روبوت تسيطر عليها الحشرات: منصة موبايل روبوت لتقييم الرائحة تتبع القدرة من الحشرات

Published: December 19, 2016 doi: 10.3791/54802
Automatic Translation
1, 1, 1
1Research Center for Advanced Science and Technology, The University of Tokyo

Summary

القدرة على حصر مصدر الرائحة هو ضروري لبقاء الحشرات ويتوقع أن تكون قابلة للتطبيق الصناعي رائحة تتبع. هو الدافع وراء الروبوت التي تسيطر عليها الحشرات من قبل silkmoth الفعلي وتمكننا من تقييم القدرة على تتبع رائحة الحشرات من خلال منصة الروبوتية.

Protocol

1. التجريبية الحيوانية

  1. إعداد مربع من البلاستيك للحفاظ على الشرانق من silkmoths الذكور (B. موري) حتى eclosion بهم. المناشف وضع ورقة في أسفل وقطع من الورق المقوى حول الجدار الداخلي للصندوق (الشكل 1A).
    ملاحظة: قطعة من الورق المقوى ضرورية لالعث الكبار لعقد بينما تمتد أجنحتها خلال eclosion (الشكل 1A).
  2. وضع silkmoth الذكور (Bombyx مور ط) الشرانق في منطقة الجزاء، والاحتفاظ بها في حاضنة حتى eclosion تحت 16 ساعة: ضوء 8 ساعة: دورة الظلام عند 25 درجة مئوية.
    ملاحظة: الذكور والإناث الشرانق يمكن أن يكون هناك تمييز من علامات الجنس على البطن (الشكل 1B).
  3. جمع الفراشات الذكور البالغين بعد eclosion ونقلها إلى مربع جديد.
  4. الحفاظ على العث الكبار في حاضنة تحت 16 ساعة: ضوء 8 ساعة: دورة الظلام وانخفاض درجة الحرارة إلى 15 درجة مئوية للحد من نشاطهم قبل التجربة.

2. الربط على Silkmoth

  1. تلفيق مرفق للالربط (الشكل 2A)
    ملاحظة: يتكون المرفق من الأسلاك النحاسية مع شريط من ورقة رقيقة من البلاستيك في طرفها. وهذا ما يضمن حركة الظهري البطني من القفص الصدري أثناء المشي (الشكل 2B).
    1. إعداد شريط من ورقة رقيقة من البلاستيك، 2 × 40 مم (سمك: 0.1 ملم)، وأضعاف ذلك في الوسط.
    2. إرفاق شريط مطوية إلى غيض من الأسلاك النحاسية بمادة لاصقة.
    3. ثني غيض من قطاع مطوية حيث يتم إرفاق الصدر من silkmoth.
  2. استخدام العث الكبار (2-8 أيام من العمر) خلال الفترة الخفيفة للتجربة.
    ملاحظة: الحساسية للفرمون تعتمد بقوة على مدار الساعة الإيقاعية 18. لأن B. موري هو عثة نهاري، يجب إجراء التجربة خلال الفترة الخفيفة.
  3. إزالة بلطف جميع المستويات على الدرسال الصدر (mesonotum) باستخدام قطعة من النسيج الرطب (أو مسحة القطن) وفضح بشرة من mesonotum (الشكل 2C).
  4. لصق لاصقة على شريط من البلاستيك على المرفق وعلى سطح mesonotum يتعرض مع صغيرة مفك البراغي شفرة مسطحة والانتظار 5-10 دقيقة حتى لاصقة لم يعد لزجة.
    ملاحظة: يجب على لاصق لا تلمس المفصلي الجناح أو tegulae forewing (الشكل 2C).
  5. السندات وmesonotum إلى المرفق.
  6. إبقاء فراشة المربوطة قبل وضعه داخل قمرة القيادة للروبوت. عقد المرفق على الوقوف ووضع قطعة من الورق تحت الأرجل للراحة العثة.

3. روبوت تسيطر عليها الحشرات

  1. تصميم الأجهزة للروبوت التي تسيطر عليها الحشرات بناء على الأعمال السابقة 16،17،19.
    ملاحظة: يتكون الروبوت التي تسيطر عليها الحشرات من حلقة مفرغة المدعومة الهواء مع جهاز استشعار الفأرة البصرية لcapturه وتنقل الحشرات، المدمج المخصص المعتمد على AVR وحات متحكم لتجهيز والتحكم في المحركات، واثنين من المحركات العاصمة فرش (الشكلان 3 و 4). الروبوت يمكن أن تعمل على أساس التناوب الكرة مع 96٪ الدقة أو أعلى، ضمن فترة زمنية من 200 مللي ثانية. كما يضمن تنقل أقصى سرعة إلى الأمام (24.8 ملم / ثانية) والسرعة الزاوية (96.3 درجة / ثانية) من silkmoth خلال فرمون السلوك تتبع 16. تم تصميم تدفق الهواء من مطحنة (الشكل 5A) ونظام التسليم رائحة (الشكل 5B) لفراشة على متن الطائرة على السير بسلاسة على الكرة وتكتسب رائحة من قبل اثنين من الهوائيات. يتم فصل قناة كمية الهواء وتدفق حلقة مفرغة من تلك التي في نظام تسليم رائحة لتجنب التلوث من فرمون.
  2. تصميم البرنامج لميكروكنترولر على متن الطائرة على أساس الأعمال السابقة (16).
    ملاحظة: متحكم على متن الطائرة يحسب رانه حركات الروبوت من تنقل الحشرات قياس مع جهاز استشعار بصري (التناوب، Δ س، متعدية، Δ ذ؛ الشكل 6). المسافة السفر (Δ L) وتتحول زاوية (Δθ) في وحدة الزمن الروبوت وتحسب على أساس من مسافة السفر من كل عجلة (يسار، Δ L L، الحق، Δ L R) مثل Δ L = (Δ L L + Δ L R) / 2 وΔθ = (Δ L L - Δ L R) / عجلة التطوير، حيث عجلة D هي المسافة بين العجلات (120 ملم). ووصف Δ L L وΔ L R أكثر مع Δ L L = Δ ل س، L + Δ L y و L وΔ L R = Δ ل س، R + Δ L ذ، ر، حيث Δ ل س، L </ دون> وΔ ل س، R هي مسافات السفر من العجلات على الجانبين الأيسر والأيمن يسيطر عليها Δ س، وΔ L y و L وΔ L y و R هي تلك التي تسيطر عليها Δ ذ. من الناحية المثالية، Δ ل س، L و Δ ل س، موصوفة R كما Δ ل س، L = -Δ ل س، ص = G Δ س (عجلة D / الكرة D)، وΔ L y و L وΔ L ص ، موصوفة R كما Δ L y و L = Δ L ص، R = G Δ ذ، حيث G هو مكسب السيارات والكرة D هو قطر الكرة (50 ملم). في الممارسة العملية، يتم تعيين مكاسب المحرك بشكل مستقل من قبل كل جانب (اليسار أو اليمين عجلة) وكل اتجاه (إلى الأمام أو إلى الخلف دوران) وذلك لمعايرة حركة الروبوت. المكاسب مستقلة تسمح كذلك لتحديد دوران المحرك غير متناظرة لتوليد التحيز تحول الروبوت (راجع الخطوة 6.1).
  3. غسل سطح بيضاء الكرة البوليستيرين (الكتلة: حوالي 2 غرام؛ القطر: 50 ملم) مع الماء لإزالة أي العظة حاسة الشم أو بصرية ممكنة.
    ملاحظة: يجب معاملة خشنة السطح من الكرة الجديدة مع الصنفرة غرامة الحصباء، مثل P400، الذي يضمن قبضة الساقين على الكرة.
  4. تشغيل مروحة منفاخ التي تزود الهواء في 9 V إلى حلقة مفرغة ويطفو على الكرة (الشكل 5A). مراقبة الكرة تطفو حوالي 2 مم من قاع الكأس.
  5. باستخدام المسمار، ونعلق الأسلاك النحاسية المرفق مع فراشة (راجع الخطوة 2) لاعبا اساسيا في قمرة القيادة للروبوت (انظر الشكل 3 الشكل). تأكد من أن موقف الساقين الأوسط في مركز الكرة (الشكل 7A).
  6. ضبط الوضع الرأسي للمرفق لتمكين العثة على المشي بشكل طبيعي على بجميع. ابقاء الكرة في نفس الارتفاع قبل وبعد ربط فراشة (7B الشكل).
    ملاحظة: الموقف ايضا منخفض المرفق يضيف الضغط على العثة ويتسبب المشي إلى الوراء لمقاومة الضغط (الشكل 7C)، في حين أن الموقف ايضا عالية يسبب المشي غير مستقرة والفشل من أجهزة الاستشعار بسبب التغيرات في الوضع الرأسي لل الكرة (الشكل 7D). للتحقق السلوك المشي العادي، يتم استخدام التحفيز فرمون واحد ينفخ لتحريك المشي في فراشة (لتحفيز فرمون، راجع الخطوة 4). لاحظ أن التحفيز الاختبار يجب أن يكون الحد الأدنى لالتعرض السابق لبومبيكول habituates silkmoths وانخفاض حساسيتها (ماتسوياما وكانزاكي، بيانات غير منشورة).

4. إعداد مصدر الرائحة

ملاحظة: ذكر ب موري هي حساسة لعنصرا رئيسيا في مناوع فرمون الإناث (بومبيكول: (E، Z) -10،12-hexadecadien-1-أول)

  1. إسقاط 10 ميكرولتر من الحل بومبيكول يذوب في ن الهكسان (200 نانوغرام / ميكرولتر) على قطعة من ورق الترشيح (حوالي 10 ملم × 10 ملم). كمية بومبيكول في قطعة من ورق الترشيح هو 2000 نانوغرام.
    ملاحظة: للتحقق من السلوك العادي قريبة من العث، وإعداد خرطوشة فرمون التحفيز في هذه الخطوة. خرطوشة هو الزجاج ماصة باستير مع قطعة واحدة من ورق الترشيح تحتوي على 2000 نانوغرام من بومبيكول. دفع لمبة نفث في بومبيكول الهواء تحتوي على.

5. رائحة المصدر التعريب تجربة

  1. تشغيل مروحة من نفق الرياح سحب الهواء من نوع (1800 × 900 × 300 مم، L × W × H، الشكل 8)، وضبط سرعة الرياح إلى 0.7 متر / ثانية. تأكد من أن درجة الحرارة أكثر من 20 درجة مئوية.
  2. تعيين مصدر الرائحة (عIECE من ورق الترشيح التي تحتوي على بومبيكول) المنبع من نفق الرياح.
    ملاحظة: يجب أن يكون وأكد عرض عمود قبل التجربة باستخدام TiCl 4 17،19.
  3. بدوره على متن متحكم للروبوت وتأسيس اتصال تسلسلي إلى جهاز الكمبيوتر عن طريق البلوتوث.
  4. إطلاق برنامج جافا من صنع مخصص يسمى "BioSignal"، والذي يوفر واجهة بين الكمبيوتر والروبوت.
    ملاحظة: يتضمن الإطار الرئيسي أزرار لإرسال الأوامر إلى الروبوت، ويندوز النص لعرض المدخلات والمخرجات للبلاغ المسلسل، ومربعات صغيرة لتكوين المعلمات. يتم إرسال أوامر لاحقة بالنقر فوق الأزرار المقابلة في هذا البرنامج، باستثناء التقاط الفيديو.
  5. انقر على "حول جهاز" زر لتأكيد الاتصال عن طريق إرسال الأوامر لالروبوت عبر منفذ COM المحدد وتحقق من أن رسالة يتم إرجاع بواسطة الروبوت.
  6. انقر على "مذكرةراي محو "الزر لمحو بيانات الحركة السابقة تركت على ذاكرة فلاش على متن الطائرة.
  7. انقر على زر "drivemode1" لارسال المكاسب المحرك الافتراضي للروبوت.
    ملاحظة: يتم تطبيق التلاعب من المكاسب السيارات وتأخير الوقت بين الحركة الحشرات وحركة الروبوت بعد هذه الخطوة (انظر الخطوات 6.1 و 6.3، الشكل 9).
  8. انقر على زر "لا تدفع" لإرسال الأوامر للشل حركة الروبوت حتى تبدأ التجربة.
  9. وضع الروبوت في موضع بداية (600 ملم المصب من مصدر الرائحة)، وبدوره على التبديل مجلس سائق السيارات.
  10. تضغط على الزر تسجيل الكاميرا لبدء التقاط الفيديو.
  11. انقر على زر "البدء تفصيل" لإرسال أمر بداية لبدء الروبوت مع تسجيل وقت واحد من دوران الكرة على ذاكرة فلاش على متن الطائرة. نلاحظ أن الروبوت يبدأ في التحرك والمسارات عمود رائحة.
  12. اضغط على"توقف تفصيل" و "لا تدفع" أزرار لإرسال الأوامر إلى وقف كل من حركة الروبوت وتسجيل إذا كان الروبوت يموضع مصدر الرائحة.
  13. تضغط على الزر تسجيل كاميرا الفيديو لوقف التقاط الفيديو.
  14. تحميل سجلت بيانات الحركة من ذاكرة فلاش على متن الطائرة إلى الكمبيوتر عبر اتصال تسلسلي. أغلق البرنامج.

6. التلاعب روبوت تسيطر عليها الحشرات

ملاحظة: يشار توقيت كل التلاعب في الشكل 9.

  1. التلاعب من المكاسب السيارات
    ملاحظة: هذا التلاعب يغير من سرعة متعدية والتناوب للروبوت. مكاسب السيارات غير المتكافئة تولد التحيز تحول، والتي يمكن استخدامها لدراسة كيفية تعويض الحشرات عن التحيز 17.
    1. تحديد المكاسب الدوران للأمام والوراء دوران المحرك على كل جانب 17 (الشكل 6B) عن طريق تحرير الملف التكوين ه يدعى "param2.txt" باستخدام محرر النصوص.
    2. انقر على "PARAM2 ضبط" لقراءة ملف التكوين تحريره في البرنامج. ثم، انقر على "drivemode2" لارسال المكاسب التلاعب بها لالروبوت.
  2. قلب من إخراج السيارات
    ملاحظة: يوفر هذا التلاعب حالة مشابهة لقلب المدخلات الثنائي حاسة الشم (راجع الخطوة 6.4)، ويمكن استخدامها للتحقيق في أهمية الشم الثنائي. ومع ذلك، فإن انعكاس للناتج المحرك أيضا المقلوب الحركة البصرية التي يسببها الذاتي للعثة على متن الطائرة. تأثير المدخلات البصرية التي يسببها النفس مقلوب يمكن تقييمها من قبل مقارنة مع إدخال حاسة الشم مقلوب 19.
    1. عكس التحكم في المحركات الثنائية عن طريق عبور كابلات التحكم لكل محرك.
  3. التلاعب في تأخير الوقت بين الحركة الحشرات وحركة الروبوت.
    ملاحظة: هذا التلاعبيسمح للتحقيق في فترة مقبولة من الوقت الذي يقضيه في معالجة الحسية والحركية لالروبوتية رائحة تتبع. متحكم بتخزين بيانات الحركة على الذاكرة عازلة ثم يعالج ذلك بعد تأخير زمني محدد. لاحظ أن الروبوت لديه القصوى تأخير وقت الداخلي 200 ميللي ثانية. وبالتالي، من المتوقع أن يكون التأخير الزمني المحدد بالإضافة إلى 200 مللي ثانية 16،17 تأخر الوقت الفعلي.
    1. إدخال رقم (0-10) في مربع صغير من النافذة الرئيسية لتحديد فترة زمنية من 0-1،000 ميللي ثانية في الخطوات 100 ميللي ثانية.
    2. انقر على زر "المقرر تاخير" لتطبيق تأخير الوقت.
  4. التلاعب في المدخلات حاسة الشم.
    ملاحظة: هذا التلاعب يمكن أن تستخدم للتحقيق في أهمية مساهمة الثنائي حاسة الشم. منحازة باتجاه موجة من silkmoths على الجانب تركيز أعلى 22.
    1. تغيير الفجوة بين النصائح أنبوب الشفط أو عكس مواقفهم لتغييرالفرق في تركيز الرائحة التي حصل عليها كل هوائي.
  5. التلاعب في المدخلات البصرية
    ملاحظة: هذا التلاعب هو التحقيق في دور المدخلات البصرية لرائحة تتبع.
    1. تغطية مظلة مع ورقة بيضاء حتى تسبب انسداد 105 ° و 90 ° من المجال البصري الأفقي والرأسي للعثة على متن الطائرة، على التوالي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

نقدم هنا الخصائص الأساسية للروبوت التي تسيطر عليها الحشرات اللازمة لتوطين الناجح لمصدر الرائحة. يتم فحص المقارنة بين الروبوت وsilkmoths، فعالية نظام التسليم رائحة، وأهمية حاسة الشم الثنائي دقيقة والمدخلات البصرية.

يظهر مقارنة السلوكيات رائحة تتبع بين العث بحرية المشي والروبوت التي تسيطر عليها الحشرات في الشكل 10A وباء. في ظل الظروف رائحة نفس، وسجل كل من العث المشي والروبوتات معدلات نجاح 100٪ (المشي فراشة، 10 المحاكمات التي كتبها N = 10 العث، الروبوت، 7 المحاكمات التي كتبها N = 7 العث). على الرغم من أن الروبوت عرضت مسارات أوسع مقارنة مع أولئك من العث المشي، لم يكن هناك اختلاف كبير في وقت لتوطين بين العث المشي والروبوت (P2. 0.05، يلكوكسون رتبة مبلغ الاختبار؛ العثة، متوسط ​​= 46.5 ثانية، الربعية = 36.7، 69.6، الروبوت، متوسط ​​= 48.1 ثانية، الربعية = 44.9، 61.9).

نظام تسليم رائحة (الشكل 5B) ضروري لتوفير تدفق الرائحة بالقرب من الكلمة لهوائيات من العث على متن الطائرة وضعت 90 ملم فوق الأرض. من دون هذا النظام (أنابيب الشفط، والمراوح، والمظلة)، والروبوت لا يمكن أن ستوجه نحو مصدر الرائحة، واستمر التحليق حتى توقف (جميع المحاكمات 10 بواسطة N = 5 العث فشلت، الشكل 10C). وفقا لسلوك silkmoth مبرمجة، تحلق المستمر هو السلوك النموذجي عند فشل silkmoth الاتصال فرمون خلال التوجه 21،22.

ويبين الشكل 11 نتائج التمثيلية مما يدل على التلاعب للروبوت. وقد evaluat فعالية المدخلات حاسة الشم الثنائي لرائحة تتبعإد عن طريق تغيير موقف نصائح أنبوب (خطوة 6.4) أو عن طريق عكس إخراج السيارات (الخطوة 6.2). الروبوت حققت معدلات نجاح 100٪ مع اثنين من فجوات مختلفة بين اليسار واليمين أنابيب (فجوة واسعة [السيطرة]، 90 مم، 10 المحاكمات التي كتبها N = 10 العث، الفجوة الضيقة، 20 مم، 10 المحاكمات التي كتبها N = 10 العث. الرقم 11A، B)، وكان هناك اختلاف كبير في وقت لتوطين بين هذه المواقف أنبوب اثنين (P> 0.05، اختبار ستيل، الرقم 11E). من ناحية أخرى، وقلب من النصائح أنبوب (كل هوائي تلقى الرائحة من الجانب المقابل، الفجوة أنبوب = 90 مم) توسيع مسارات على طول اتجاه المتقاطعة وزيادة طفيفة في المتوسط ​​من وقت لتوطين، على الرغم من عدم وجود فروق معنوية ( P> 0.05، اختبار الصلب؛ والشكل 11C، E). انعكاس للناتج المحرك يوفر وضعا مماثلا حيث olfacto مقلوبإدخال راي. علاوة على ذلك، فإنه المقلوب أيضا الحركة البصرية التي يسببها الذاتي من قبل فراشة على متن الطائرة تلقى. بسبب ردود الفعل البصري السلبي المقلوب (أي تغذية مرتدة إيجابي)، واصل الروبوت تدور، حتى في عمود رائحة (الشكل 11D)، التي تطول كثيرا من الوقت لتوطين (P <0.01، اختبار الصلب؛ والشكل 11E). وكانت معدلات نجاح المدخلات حاسة الشم المقلوب (C) وإخراج محرك مقلوب (D) 80٪ (10 المحاكمات التي كتبها N = 10 العث) و90،9٪ (11 محاكمات بنسبة 11 العث)، على التوالي. يوصف مناقشة مفصلة لمراقبة الحسية والحركية في silkmoths في العمل السابق 19.

شكل 1
الشكل 1. تخزين من الشرانق silkmoth. يتم تخزين (A) ذكر الشرانق في مربع من البلاستيك (يسار). العث الكبار عقد الورق المقوى حول الجدار الداخلي للبثور خلال eclosion (يمين). علامات (ب) جنس من الشرانق. يشير كل سهم بقعة صغيرة على الجانب البطني من شريحة البطن التاسع من الذكور و "X" علامة مع خط طولي على ما يرام على الجانب البطني للجزء البطن الثامن من الإناث. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. الربط على silkmoth. (A) تلفيق مرفق للالربط على silkmoth. ووصف الخطوات الثلاث في 2.1.1 إلى 2.1.3 (انظر النص). وعلقت هناك قطاع شقين من ورقة رقيقة من البلاستيك في غيض من الأسلاك النحاسية، والتي تمتص حركة ظهري بطني (انظر الشكل 2B) من mesonotum أثناء المشي. و، طرف الآخر منحنية السلك هو handliنانوغرام. (ب) مواقف العليا والسفلى من silkmoth خلال فرمون تتبع (انظر الزاوية بين عظم الفخذ والساق واليدين [سهام]). (ج) إزالة جداول على mesonotum (المشار إليها السهام). وتظهر الصور اليمنى واليسرى قبل وبعد إزالة القشور، على التوالي. كانت tegulae forewing سليمة (وتحيط بها خطوط متقطع). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الروبوت الشكل 3. الحشرات التي تسيطر عليها. يظهر أقحم وجهة نظر تضخيم من قمرة القيادة. (1) silkmoth المربوطة في حلقة مفرغة (كرة المدعومة من الهواء، انظر الشكل)، (2) اثنين من المشجعين لتوريد رائحة إلى فراشة (سرعة الهواء 0.5 متر / ثانية)، (3) أنابيب الشفط لأخذ رائحة، (4) محركات التيار المستمر وعرجإلس، (5) لوحات متحكم، (6) وكمية الهواء لتوريد الهواء على الكرة، و(7) علامات لتتبع حاليا فيديو تحليلات، (8) اثنين من المصابيح للحفاظ على إضاءة ثابتة في قمرة القيادة (280 LX)، (9 ) مرفق للالربط في silkmoth، و (10) لاعبا اساسيا من المرفق. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4. رسم بياني الأجهزة. وقد تم قياس دوران الكرة التي تدعمها الهواء في حلقة مفرغة من قبل جهاز استشعار الفأرة البصرية مع قرار من 0.254 ملم بمعدل أخذ العينات من 1.5 كيلو هرتز. ميكروكنترولر احتساب مسار silkmoth من الناتج الاستشعار والتحكم فيهما العاصمة المحركات على الجانبين الأيمن والأيسر. طردوا المحركات التي كتبها تعديل نبض العرض في 1 كيلو هرتز، مع ردود الفعل موقفمن المدمج في أجهزة الاستشعار القاعة. الناتج الاستشعار البصرية (أي سلوك العثة على متن الطائرة) تم تخزينها على ذاكرة فلاش على متن الطائرة (8 ميغابت) بمعدل أخذ العينات من 5 هرتز. واستخدمت هذه البيانات لمقارنة سلوك العثة على متن الطائرة مع حركات الروبوت. تم تحقيق الاتصال اللاسلكي بين الكمبيوتر (PC) والروبوت عن طريق البلوتوث، والتي كانت تستخدم فقط لإرسال الأوامر لبدء ووقف الروبوت، أو إلى التعامل مع الخصائص الحركية للروبوت. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. تصاميم تدفق الهواء لحلقة مفرغة ونظام التسليم رائحة. (أ) تدفق الهواء لدعم الكرة في حلقة مفرغة. وقد اتخذ هذا الجو من كمية الهواء خلف قمرة القيادة من قبل اتحاد كرة القدم منفاخن. في ذلك الوقت تدفقت من خلال قناة وفجر من الثقوب الصغيرة (1 مم) على فرب كوب حسب الطلب (الشكل). يظهر عرض كبير من الكأس التي تحيط بها مستطيل أحمر في أقحم. وتشير السهام الحمراء تدفق الهواء. السهم الأبيض، وأجهزة الاستشعار البصرية مع جهاز الإرسال LED؛ والسهم الأسود، والكأس مع الثقوب الصغيرة. (ب) تدفق الهواء من نظام التسليم رائحة. تم شفط الهواء التي تحتوي على فرمون من طرف أنبوب البولي إثيلين المرن على كل جانب، مفصولة قسم في المظلة، وتسليمها إلى الهوائي على الجانب المماثل. يشار تدفق الهواء على كل جانب من السهام الحمراء أو الزرقاء. تم تعديل هذا الرقم من أندو وكانزاكي 19. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الرقم 6. حساب حركة الروبوت من تنقل الحشرات. (أ) الرسم التخطيطي للروبوت (Δ L) وحركات عجلة (من اليسار، Δ L L واليمين، Δ L R). Δθ، وتحويل زاوية للروبوت. (ب) معلمات للحصول على الحساب. Δ x و Δ ص تمثل الحركات الدورانية ومتعدية على الكرة (قيمة إيجابية تشير إلى اتجاه عقارب الساعة أو الاتجاه إلى الأمام)؛ الكرة D، وقطر الكرة. عجلات D، والمسافة بين العجلات. G مهاجم، L و G BW، L، مكاسب السيارات من الأمام (مهاجم) أو خلف (BW) دوران عجلة اليسرى (L)؛ G مهاجم، R و G BW، R، والمكاسب السيارات من الأمام أو دوران إلى الخلف من عجلة القيادة الصحيحة (R). الرجاء الضغط عليهاالبريد لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7. تعديل موقف عثة المربوطة في حلقة مفرغة. (A) وجهة النظر الجانبي من عثة المربوطة على الكرة. يجب وضع الأرجل الوسطى في الجزء العلوي من الكرة (السهم الأسود). (ب) وضع عمودي المناسب للفراشة. أجهزة الاستشعار البصرية وراء فراشة يواجه مركز الكرة. المشي إلى الأمام العادي تدور في اتجاه عقارب الساعة الكرة (كما ينظر اليها من الجانب الأيسر). (ج) وضع عمودي منخفض جدا (السهم لأسفل). وsilkmoth يمتد اليدين لمقاومة الضغوط وتدور الكرة إلى الخلف (دوران عقارب الساعة). (D) ووضع عمودي مرتفع جدا (السهم الصاعد). فراشة تحمل الكرة وترفع عنه. على الرغم من أن العثة يمكن أن تؤدي إلى الأمام المشي في هذه الحالة 23 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

شكل 8
الرقم 8. نفق الرياح. تم تصفية الهواء مع شبكة لوحة (السهم الأحمر)؛ بعد ذلك دخلت منطقة تسجيل كاميرا الفيديو، 1500 (L) × 900 (W) ملم. وضعت مصدر الرائحة المنبع من منطقة تسجيل واستنفاد الهواء الملوث فرمون الخارج عن طريق مروحة (السهم الأزرق). وجاء في نفق الرياح من رغوة البوليسترين مقذوف. وكان سقف ورقة الاكريليك شفافة، وكان الكلمة حصيرة مطاطية لتجنب الانزلاق للعجلات الروبوت. مصدر الرائحة ثكما وضعت في مركز للموقف المتقاطعة و 250 ملم باتجاه الريح من شبكة لوحة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 9
الرقم 9. التوقيت من التلاعب للروبوت في البروتوكول. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 10
الرقم 10. رائحة اختبار مصدر الترجمة. وتظهر كل لوحة المسارات للsilkmoths (A؛ 10 المحاكمات التي كتبها N = 10 العث، والبيانات من أندو وآخرون 17)، والحشرات التي تسيطر عليها الروبوت ( N = 7 العث)، والروبوت من دون نظام التسليم رائحة (C، 10 المحاكمات التي كتبها N = 5 العث). بدأت العث أو الروبوت 600 ملم باتجاه الريح (رأس السهم) من مصدر الرائحة (علامة الصليب، وقطعة من ورق الترشيح التي تحتوي على 2000 نانوغرام من بومبيكول). يشار إلى أن التجارب مع أقصر أو أطول الوقت الذي يستغرقه لتوطين كخطوط حمراء وزرقاء، على التوالي. يتم تلوين التجارب الناجحة الأخرى الرمادي، والتجارب الفاشلة هي الخضراء. دائرة يشير إلى منطقة المرمى للحكم على النجاح في توطين. تم تعريف نصف قطر منطقة المرمى على أساس حجم الروبوت، أي ما يعادل أقرب مسافة بين العثة على متن الطائرة ومصدر الرائحة (17). يشير السهم اتجاه الرياح (سرعة الرياح: 0.7 م / ث)، والخطوط المتقطعة تشير إلى حدود عمود فرمون. الرجاء انقر هنا لعرض أكبرنسخة من هذا الرقم.

الرقم 11
الرقم 11. التلاعب من المدخلات حاسة الشم وإخراج السيارات. وتظهر كل لوحة المسارات الناجحة للروبوت (موقف العثة على متن الطائرة) مع وجود فجوة واسعة أنبوب (A؛ السيطرة، 90 مم، ناجحة في جميع المحاكمات 10 بواسطة N = 10 العث)، وجود فجوة ضيقة (باء؛ 20 ملم والنجاح في جميع المحاكمات 10 بواسطة N = 10 العث)، وجود فجوة واسعة أنبوب مقلوب (C، ناجحة في 8 من 10 محاكمات، N = 10 العث)، وجود فجوة واسعة أنبوب مع انتاج محرك مقلوب (D، ناجحة في 10 من 11 محاكمات، N = 11 العث). وأفرج عن نفث الهواء المتكررة من خلال قطعة من ورق الترشيح التي تحتوي على 2000 نانوغرام من بومبيكول من علامة الصليب. الأسهم الرمادية والبيضاء مع الروبوت تشير توجهات المدخلات حاسة الشم الثنائي والدراجات الناريةالناتج ص. الظروف التجريبية وأوصاف شخصية أخرى هي نفسها كما في الشكل 10. (E) حان الوقت لتوطين الروبوت تحت الشروط الأربعة (AD). وتلخيص البيانات الفردية في مؤامرة مربع. على الجانبين الأيسر والأيمن من مربع تشير إلى الشرائح الربعية الأولى والثالثة، ويمثل شريط المتوسط. وتشير شعيرات نطاق 1.5 × الشرائح الربعية. وتشير العلامات النجمية فرق كبير من بيانات التحكم (A)، وفقا لاختبار ستيل (** P <0.01). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

أهم النقاط من أجل السيطرة الناجحة للروبوت من قبل silkmoth يتم السماح فراشة سيرا على الأقدام بسلاسة على الكرة المدعومة الهواء وقياس ثبات دوران الكرة. ولذلك، الربط وsilkmoth والمتصاعدة على الكرة في المكان المناسب هي الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول. والتصاق غير لائق من العثة إلى المرفق أو المواقع غير مناسبة للفراشة على الكرة يسبب ضغط غير طبيعي على ذلك، الذي يشوش السلوك المشي العادي و / أو يتسبب في فشل أجهزة الاستشعار البصرية لقياس دوران الكرة. التخشين الكرة البوليسترين المهم أيضا لمنع العثة من الانزلاق. وتنقل للفراشة المربوطة ردا على الروائح الكريهة المحفزات وحركة الروبوت اللاحقة يجب أن يتم التحقق بعناية قبل الاختبار تتبع رائحة (راجع الخطوة 3.6).

استخدام أكبر الكرة هو أفضل لأنه يقلل من انحناء في حلقة مفرغة، والتي توفر ما يقرب منمنبسط للأرجل الحشرات. في كرة قطرها 50 ملم المستخدمة هنا هي صغيرة نسبيا بالمقارنة مع تلك المستخدمة في إعداد حلقة مفرغة التقليدي لsilkmoths (القطر: 75 ملم) 24. ومع ذلك، يجب استخدام أكبر (وأثقل) الكرة مع الرعاية، لأن الجمود على الكرة ليست تافهة خلال حركات الروبوت. إذا كان العثة على متن الطائرة لا يمكن كبح دوران الناجم عن القصور الذاتي-قوة من الكرة خلال حركات الروبوت من ساقيه، والروبوت يتذبذب بشكل مستمر دون أي سيرا على الأقدام من العث. عندما تنظر المجربون استخدام أنواع الحشرات الأخرى، لذلك، يجب أن يتم تحديد حجم الكرة على أساس قوة السيطرة الساق وكذلك أحجامها. خلال رائحة مصدر توطين، يجب المجربون أيضا التحقق من سلوك العثة ما إذا كان العثة على متن الطائرة يمشي بسلاسة على الكرة والروبوت يستجيب بسرعة بينما يتحرك العثة. وsilkmoth المعارض المشي إلى الوراء عندما يتلقى الكثير من الضغط من المرفق (أ الموقف ايضا منخفض، انظر الشكل 5B). ومن المقرر أن موقف الكرة غير مناسب أو استنزاف بطاريات (بطاريات تدوم لحوالي 30 دقيقة) الاستجابة الفقيرة للروبوت لتنقل الحشرات.

الحد من الروبوت التي تسيطر عليها الحشرات هو أن عثة على متن الطائرة يقع بالتأكيد في ظل ظروف غير طبيعية. حلقة مفرغة، ونظام التسليم رائحة، وارتفاع 90 ملم من قمرة القيادة توفير المعلومات المختلفة الحسية (ميكانيكية حسية، حاسة الشم، والبصرية) من تلك التي حصل عليها العث بحرية المشي. وأصبحت هذه الفروق واضحة عندما قارنا السلوكيات للروبوت التي تسيطر عليها الحشرات مع تلك silkmoths-المشي بحرية. على سبيل المثال، على الرغم وحظ نفس الأداء لتوطين مصدر الرائحة بين الروبوت وبحرية المشي silkmoths، مسارات صكانت obot متناثر على طول اتجاه المتقاطعة، في حين أن من بحرية المشي تقاربت silkmoths حيث بلغت مصدر الرائحة، وفقا لانخفاض العرض بلوم (الشكل 10A، B). هذا الفرق هو ببساطة نتيجة لأحجام مختلفة من الروبوت والعث. على وجه الخصوص، والمسافة بين العثة على متن الطائرة وطرف أنبوب تحدد مجموعة للبحث عن عطر. وبالتالي فإن المسافة الكبيرة (الروبوت: 100 مم؛ العثة: حوالي 10 ملم من الصدر إلى طرف هوائي) تمكن الروبوت لتنشيط حتى خارج عمود. وعلاوة على ذلك، العثة في المظلة لا يمكن الحصول على اتجاه الرياح من البيئة الخارجية. وعلى الرغم من أهمية اتجاه الرياح لرائحة تتبع لم يتحدد بعد في silkmoths 22، واستخدام الاتجاه تدفق هو استراتيجية أساسية لرائحة تتبع في الكائنات الحية الأخرى 5،6. بسبب تدفق الهواء المفروض الناتجة عن نظام التسليم رائحة، فمن الصعب أيضالحساب "الاستشعار النشط"، مثل تأثير الخفقان الجناح الذي يولد تدفق الهواء ويسهل استقبال رائحة في silkmoths 25. وبسبب هذه القيود، إذا المجربون تستخدم هذه التقنية لاستكشاف واستخدام طرائق متعددة، فإنه ينبغي أن تناقش ما إذا كانت النتائج التي حصلت عليها هذه التجارب الروبوت يمكن تطبيقها على الحشرات سليمة في الظروف الطبيعية 19.

الوفاء للروبوت التي تسيطر عليها الحشرات ثلاثة شروط لتقييم القدرة رائحة تتبع الحشرات: 1) تفاعل المباشر من السيارات الحشرات أوامر للروبوت السيطرة، 2) اختبار في سحابة رائحة الحقيقي، و 3) السماح للتلاعب في الحشرات نظام الحسية والحركية. أولا، بخصوص واجهة بين حشرة والروبوت، واستخدام الإشارات العصبية للسيطرة على الروبوت، مثل واجهة الدماغ والآلة 26، هي تقنية بديلة. العديد من الدراسات على الحشرات استخدام الإشارات العصبية أو electromyograms للمشاركةntrol من الروبوت وردود الفعل مغلقة حلقات 27-30. ومع ذلك، فإن هذا النهج يتطلب فك الإشارات العصبية لاستخراج الأوامر الحركية ذات مغزى، وهو مهم ومستمر موضوع البحث في علم الأعصاب. ولذلك، فإن استخدام السلوك الفعلي قريبة من الحشرات للسيطرة على الروبوت وسيلة مباشرة وبسيطة واجهة الأوامر الحركية الحشرة لالروبوت. ثانيا، فيما يتعلق بالبيئة التي الروبوت يتصرف، واستخدام الواقع الافتراضي سيكون بديلا 13،31-33. الواقع الافتراضي تمكننا من إجراء التجارب السلوكية في ظل ظروف أكثر للرقابة وهو الأكثر نجاحا في دراسة الرؤية، حيث تم استخدام جهاز المشي المدعومة الهواء لتتبع الحركة في الحيوانات وتوليد الظروف البصرية 24،34-36. ومع ذلك، وإغلاق حلقة التغذية المرتدة من المعلومات حاسة الشم من الصعب من الناحية الفنية لأنها تتطلب التحكم في التدفق دقيقة. على الرغم من أن تطبيق علم البصريات الوراثي لتنشيط حاسة الشم مستقبلات نeurons 37-40 وتغلب على القيود المفروضة على الواقع الافتراضي في الشم، فإن استخدام الروبوت المتحرك في سحابة رائحة حقيقية يكون وسيلة يمكن الاعتماد عليها لإنشاء حاسة الشم حلقة مغلقة في الوقت الحاضر. وأخيرا، فيما يتعلق التلاعب في نظام الحسية والحركية والحشرات، فإن النهج البديلة يكون التلاعب الجراحية من الحشرات (أي قطع أو تغطية الحواس أو الزوائد 41). ومع ذلك، لدينا التلاعب الروبوتية (الخطوة 6) والشكل (11) هو وسيلة غير الغازية وعكسها لتغيير نظام الحسية والحركية من الحشرات، من خلال التلاعب في منصة الروبوت 19 التي تحققت، والتحكم في مختلف معالم تمكن الروبوت لنا لاختبار أدائها في مختلف الظروف.

الروبوت التي تسيطر عليها الحشرات واثنين من الاتجاهات الرئيسية للتطبيقات المستقبلية. الاتجاه الأول هو للهندسة. كما الروبوت الحكم الذاتي التي يسيطر عليها نظام الحسية والحركية للحشرات، طسوف روبوت تسيطر nsect-أن يكون مرجعا لالروبوتات المتحركة تنفيذها مع النماذج البيولوجية، بدءا من تبسيط المركبات Braitenberg 42 إلى الشبكات العصبية على نطاق واسع. الروبوت سوف تسيطر عليها الحشرات أيضا أن يكون منصة مفيدة لاختبار التركيبات الممكنة من طرائق أخرى مع الحشرات رائحة تتبع، مثل تنفيذ الكاميرا وخوارزمية لتفادي الاصطدام لاستكشاف بدون حوادث خوارزميات رائحة تتبع. وعلاوة على ذلك، صقل خصائص الروبوت قد يحسن من الأداء وتتبع رائحة أفضل من الحشرات سليمة. هذه ترجمة للقدرة الحشرات قد يؤدي إلى الاستخدام العملي لهذا الروبوت نفسه للعثور على مواد خطرة، واذا كنا تقليد silkmoths المعدلة وراثيا 43 التي تستجيب للمواد الكيميائية المميزة في المواد المستهدفة. من ناحية أخرى، فإن الروبوت التي تسيطر عليها الحشرات أيضا تثير سؤالا مهما: كيف ينبغي لنا استخدام خوارزميات الجزيئية الحيوية للتطبيقات الروبوتية التي تتجاوز زراعية مختلفةrence بين الحشرات والروبوتات؟ على سبيل المثال، مستقبلات الشم الحشرات لديها القدرة المتميزة للحصول على سرعة عالية ديناميات الزمنية للتركيز الرائحة 44-46، وهي المسؤولة عن الحشرات حاسة الشم توطين تجهيز ورائحة المصدر، ولكنها أبعد من قدرات أجهزة الاستشعار الغاز التقليدية 4،29، 47. كيفية تعديل خوارزمية الجزيئية الحيوية لتلبية القدرة الحسية من الروبوتات كما ينبغي استكشاف واتجاه المستقبل. الاتجاه الرئيسي الآخر هو بالتأكيد لعلم الأحياء. ويمكن اعتبار الروبوت التي تسيطر عليها الحشرات كمنصة حلقة مغلقة التجريبية. وبالإضافة إلى ذلك، والتلاعب الروبوتية، وسيلة غير الغازية لتغيير العلاقة الحسية والحركية للحشرة، وسيتواصل تطبيق للتحقيق في كيفية عمل الدماغ الحشرات الصغيرة يمكن أن تستجيب، وتعلم، والتكيف مع الظروف الجديدة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Male adult silkmoth (Bombyx mori) Rear from eggs, or purchase as pupae.
Incubator Panasonic MIR-254 Store pupae or adult silkmoths at a constant temperature, 238 L.
Plastic box Sunplatec O-3 Store pupae or adult silkmoths, 299 × 224 × 62 mm L × W × H.
Copper wire 2-mm diameter for the attachment. Any rigid bar can be used as an alternative for making the attachment to tether a silkmoth. 
Plastic sheet Kokuyo VF-1420N Sold as overhead projector film with thickness of 0.1 mm. Use at the tip of the attachment.
Forceps As one 5SA Remove scales on the thorax.
Adhesive Konishi G17 Bond a silkmoth to the attachment.
Insect-controlled robot Custom Bearing an air-supported treadmill, an optical sensor, custom-built AVR-based microcontroller boards, and two DC brushless motors. It is powered by 8 × AA and 3 × 006P batteries.
Microcontroller Atmel ATMEGA8 A component of the insect-controlled robot.
DC blower Nidec A34342-55 A component of the insect-controlled robot for floating a ball in an air-supported treadmill. 
DC fan Minebea 1606KL-04W-B50 A component of the insect-controlled robot for suctioning air containing an odor.
Optical mouse sensor Agilent technologies HDNS-2000 A component of the insect-controlled robot, obtained from an optical mouse (M-GUWSRSV, Elecom, Japan).
Brushless motor Maxon EC-45 A component of the insect-controlled robot for driving a wheel.
White polystyrene ball A component of the insect-controlled robot. Diameter 50 mm, mass approximately 2 g.
Bombykol:
(E,Z)-10,12-hexadecadien-1-ol		 Shin-Etsu chemical Custom synthesis.
n-hexane Wako 085-00416 Solvent for bombykol.
Wind tunnel Custom Pulling-air type, sized 1,800 × 900 × 300 mm L × W × H.
BioSignal program Custom A program to establish serial communication between the insect-controlled robot and a PC via Bluetooth. Used for sending commands to start/stop the robot or configuring its motor properties. 
Camcorder Sony HDR-XR520V Capture robot movements.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Murlis, J., Jones, C. D. Fine-scale structure of odor plumes in relation to insect orientation to distant pheromone and other attractant sources. Physiol Entomol. 6, 71-86 (1981).
  2. Vergassola, M., Villermaux, E., Shraiman, B. I. 'Infotaxis' as a strategy for searching without gradients. Nature. 445, 406-409 (2007).
  3. Kowadlo, G., Russell, R. A. Robot Odor Localization: A Taxonomy and Survey. The International Journal of Robotics Research. 27, 869-894 (2008).
  4. Hernandez Bennetts, V., Lilienthal, A. J., Neumann, P. P., Trincavelli, M. Mobile robots for localizing gas emission sources on landfill sites: is bio-inspiration the way to go. Frontiers in neuroengineering. 4, 20 (2011).
  5. Vickers, N. J. Mechanisms of animal navigation in odor plumes. Biol Bull. 198, 203-212 (2000).
  6. Willis, M. A. Chemical plume tracking behavior in animals and mobile robots. Navigation. 55, 127-135 (2008).
  7. Carde, R. T., Willis, M. A. Navigational strategies used by insects to find distant, wind-borne sources of odor. J Chem Ecol. 34, 854-866 (2008).
  8. Frye, M. A. Multisensory systems integration for high-performance motor control in flies. Curr Opin Neurobiol. 20, 347-352 (2010).
  9. Russell, R. A. Survey of robotic applications for odor-sensing technology. The International Journal of Robotics Research. 20, 144-162 (2001).
  10. Russell, R. A., Bab-Hadiashar, A., Shepherd, R. L., Wallace, G. G. A comparison of reactive robot chemotaxis algorithms. Robot Auton Syst. 45, 83-97 (2003).
  11. Ishida, H., Nakamoto, T., Moriizumi, T., Kikas, T., Janata, J. Plume-tracking robots: a new application of chemical sensors. Biol Bull. 200, 222-226 (2001).
  12. Webb, B., Harrison, R. R., Willis, M. A. Sensorimotor control of navigation in arthropod and artificial systems. Arthropod Struct Dev. 33, 301-329 (2004).
  13. Kanzaki, R. How does a microbrain generate adaptive behavior. Int Congr Ser. 1301, 7-14 (2007).
  14. Kanzaki, R., Ando, N., Sakurai, T., Kazawa, T. Understanding and reconstruction of the mobiligence of insects employing multiscale biological approaches and robotics. Adv Robotics. 22, 1605-1628 (2008).
  15. Ravel, N., et al. Multiphasic on/off pheromone signalling in moths as neural correlates of a search strategy. Plos One. 8, 61220 (2013).
  16. Emoto, S., Ando, N., Takahashi, H., Kanzaki, R. Insect-controlled robot-evaluation of adaptation ability. J Robot Mechatronics. 19, 436-443 (2007).
  17. Ando, N., Emoto, S., Kanzaki, R. Odour-tracking capability of a silkmoth driving a mobile robot with turning bias and time delay. Bioinspir Biomim. 8, 016008 (2013).
  18. Gatellier, L., Nagao, T., Kanzaki, R. Serotonin modifies the sensitivity of the male silkmoth to pheromone. J Exp Biol. 207, 2487-2496 (2004).
  19. Ando, N., Kanzaki, R. A simple behaviour provides accuracy and flexibility in odour plume tracking - the robotic control of sensory-motor coupling in silkmoths. J. Exp. Biol. 218, 3845-3854 (2015).
  20. Kaissling, K. E. Insect olfaction. Handbook of Sensory Physiology Vol. 4. Beidler, L. M. , Springer-Verlag. 351-431 (1971).
  21. Kanzaki, R., Sugi, N., Shibuya, T. Self-generated zigzag turning of Bombyx mori males during pheromone-mediated upwind walking. Zool Sci. 9, 515-527 (1992).
  22. Takasaki, T., Namiki, S., Kanzaki, R. Use of bilateral information to determine the walking direction during orientation to a pheromone source in the silkmoth Bombyx mori. J Comp Physiol. A. 198, 295-307 (2012).
  23. Kanzaki, R. Coordination of wing motion and walking suggests common control of zigzag motor program in a male silkworm moth. J Comp Physiol A. 182, 267-276 (1998).
  24. Pansopha, P., Ando, N., Kanzaki, R. Dynamic use of optic flow during pheromone tracking by the male silkmoth, Bombyx mori. J Exp Biol. 217, 1811-1820 (2014).
  25. Loudon, C., Koehl, M. A. R. Sniffing by a silkworm moth: Wing fanning enhances air penetration through and pheromone interception by antennae. J. Exp. Biol. 203, 2977-2990 (2000).
  26. Lebedev, M. A., Nicolelis, M. A. L. Brain-machine interfaces: past, present and future. Trends Neurosci. 29, 536-546 (2006).
  27. Ejaz, N., Peterson, K. D., Krapp, H. G. An experimental platform to study the closed-loop performance of brain-machine interfaces. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2011).
  28. Minegishi, R., Takashima, A., Kurabayashi, D., Kanzaki, R. Construction of a brain-machine hybrid system to evaluate adaptability of an insect. Robot Auton Syst. 60, 692-699 (2012).
  29. Martinez, D., Arhidi, L., Demondion, E., Masson, J. B., Lucas, P. Using insect electroantennogram sensors on autonomous robots for olfactory searches. Journal of visualized experiments : JoVE. , e51704 (2014).
  30. Ortiz, L. I. A mobile electrophysiology board for autonomous biorobotics. , The University of Arizona. MS thesis (2006).
  31. Bohil, C. J., Alicea, B., Biocca, F. A. Virtual reality in neuroscience research and therapy. Nat Rev Neurosci. 12, 752-762 (2011).
  32. Dombeck, D. A., Reiser, M. B. Real neuroscience in virtual worlds. Curr Opin Neurobiol. 22, 3-10 (2012).
  33. Roth, E., Sponberg, S., Cowan, N. J. A comparative approach to closed-loop computation. Curr Opin Neurobiol. 25, 54-62 (2014).
  34. Leinweber, M., et al. Two-photon calcium imaging in mice navigating a virtual reality environment. Journal of visualized experiments : JoVE. , e50885 (2014).
  35. Takalo, J., et al. A fast and flexible panoramic virtual reality system for behavioural and electrophysiological experiments. Sci Rep. 2, 324 (2012).
  36. Bahl, A., Ammer, G., Schilling, T., Borst, A. Object tracking in motion-blind flies. Nat Neurosci. 16, 730-738 (2013).
  37. Bellmann, D., et al. Optogenetically Induced olfactory stimulation in Drosophila larvae reveals the neuronal basis of odor-aversion behavior. Front Behav Neurosci. 4, 27 (2010).
  38. Gaudry, Q., Hong, E. J., Kain, J., de Bivort, B. L., Wilson, R. I. Asymmetric neurotransmitter release enables rapid odour lateralization in Drosophila. Nature. 493, 424-428 (2013).
  39. Tabuchi, M., et al. Pheromone responsiveness threshold depends on temporal integration by antennal lobe projection neurons. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 15455-15460 (2013).
  40. Schulze, A., et al. Dynamical feature extraction at the sensory periphery guides chemotaxis. Elife. 4, 06694 (2015).
  41. Duistermars, B. J., Chow, D. M., Frye, M. A. Flies require bilateral sensory input to track odor gradients in flight. Curr Biol. 19, 1301-1307 (2009).
  42. Gomez-Marin, A., Duistermars, B. J., Frye, M. A., Louis, M. Mechanisms of odor-tracking: multiple sensors for enhanced perception and behavior. Front Cell Neurosci. 4, 6 (2010).
  43. Sakurai, T., et al. A single sex pheromone receptor determines chemical response specificity of sexual behavior in the silkmoth Bombyx mori. Plos Genet. 7, (2011).
  44. Tripathy, S. J., et al. Odors pulsed at wing beat frequencies are tracked by primary olfactory networks and enhance odor detection. Front Cell Neurosci. 4, 1 (2010).
  45. Daly, K. C., Kalwar, F., Hatfield, M., Staudacher, E., Bradley, S. P. Odor detection in Manduca sexta is optimized when odor stimuli are pulsed at a frequency matching the wing beat during flight. Plos One. 8, 81863 (2013).
  46. Szyszka, P., Gerkin, R. C., Galizia, C. G., Smith, B. H. High-speed odor transduction and pulse tracking by insect olfactory receptor neurons. Proc Natl Acad Sci USA. 111, 16925-16930 (2014).
  47. Harvey, D., Lu, T. F., Keller, M. Odor sensor requirements for an insect inspired plume tracking mobile robot. Proceedings of'The 2006 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics. , 130-135 (2006).

Tags

علم الأعصاب، العدد 118، silkmoth، الحشرات، رائحة تتبع، فرمون، والرؤية، والتكامل متعدد الحواس، الحشرات الجهاز الهجين الروبوت، التقليد الأحيائي
روبوت تسيطر عليها الحشرات: منصة موبايل روبوت لتقييم الرائحة تتبع القدرة من الحشرات
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ando, N., Emoto, S., Kanzaki, R.… More

Ando, N., Emoto, S., Kanzaki, R. Insect-controlled Robot: A Mobile Robot Platform to Evaluate the Odor-tracking Capability of an Insect. J. Vis. Exp. (118), e54802, doi:10.3791/54802 (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